Парадокс на близнаците (мисловен експеримент): обяснение. Парадоксът на близнаците или Парадоксът на часовника Парадоксът на близнаците на Айнщайн

Така нареченият „парадокс на часовника" е формулиран (1912 г., Пол Ланжевен) 7 години след създаването на специалната теория на относителността и показва някои „противоречия" в използването на релативистичния ефект на забавяне на времето. За удобство на речта и за "по-голяма видимост" парадоксът на часовника, наричан още "парадокс на близнаците". Аз също използвам тази формулировка. Първоначално парадоксът се обсъжда активно в научната литература и особено в популярната. В момента парадоксът на близнаците се счита за напълно разрешен, не съдържа необясними проблеми и практически е изчезнал от страниците на научната и дори популярната литература.

Обръщам внимание на парадокса на близнаците, защото, противно на казаното по-горе, той „все още съдържа“ необясними проблеми и не само „не е разрешен“, но по принцип не може да бъде разрешен в рамките на теорията на относителността на Айнщайн, т.е. този парадокс не е толкова "парадоксът на близнаците в теорията на относителността", колкото "парадоксът на самата теория на относителността на Айнщайн".

Същността на парадокса на близнаците е следната. Позволявам П(пътешественик) и д(homebody) - братя близнаци. Потива на дълго космическо пътуване и достава вкъщи. С течение на времето Псе завръща. Основна част от пътя Псе движи по инерция, с постоянна скорост (времето за ускорение, забавяне, спиране е пренебрежимо малко спрямо общото време за пътуване и го пренебрегваме). Движението с постоянна скорост е относително, т.е. ако Потдалечава се (приближава, почива) спрямо д, след това и дсъщо се отдалечава (приближава, почива) спрямо П- да го наречем симетрия близнаци. Освен това, в съответствие със SRT, времето за П, от гледна точка д, тече по-бавно от правилното време д, т.е. собствено време за пътуване Ппо-малко време за чакане д. В случая се казва, че при връщане Ппо-млад д . Това твърдение само по себе си не е парадокс, то е следствие от релативистичното забавяне на времето. Парадоксът е, че д, поради симетрия, със същото право считайте се за пътешественик и Пдомосед, а след това дпо-млад П .

Общоприетото (канонично) решение на парадокса днес е чрез ускорения Пне може да се пренебрегне, т.е. нейната отправна система не е инерционна, инерционните сили възникват от време на време в нейната отправна система и следователно няма симетрия. Освен това в референтната рамка Пускорението е еквивалентно на появата на гравитационно поле, в което времето също се забавя (това вече се основава на общата теория на относителността). Така времето Пзабавя като в референтната рамка д(според SRT, когато Псе движи по инерция) и в отправната система П(според GR, когато ускорява), т.е. забавяне на времето Пстава абсолютен. крайно заключение : П, на връщане, по-млад д, и това не е парадокс!

Това, повтаряме, е каноничното разрешение на парадокса на близнаците. Въпреки това, във всички подобни разсъждения, които са ни известни, един "малък" нюанс не е взет предвид - релативистичният ефект на забавяне на времето е КИНЕМАТИЧНИЯТ ЕФЕКТ (в статията на Айнщайн първата част, където се извежда ефектът на забавяне на времето, се нарича "Кинематична част"). По отношение на нашите близнаци това означава, че първо има само два близнака и НЯМА НИЩО ДРУГО, по-специално няма абсолютно пространство, и второ, близнаците (да се чете - часовниците на Айнщайн) нямат маса. то необходими и достатъчни условия формулиране на парадокса на близнаците. Всякакви допълнителни условия водят до "поредния парадокс на близнаците". Разбира се, възможно е да се формулират и след това да се разрешат „други парадокси на близнаци“, но тогава е необходимо, съответно, да се използват „други релативистични ефекти на забавяне на времето“, например, за да се формулират и докажи че релативистичният ефект на забавяне на времето се осъществява само в абсолютното пространство или само при условие, че часовникът има маса и т.н. Както е известно, в теорията на Айнщайн няма нищо подобно.

Нека отново прегледаме каноничните доказателства. Пускорява от време на време... ускорява спрямо какво? Само спрямо другия близнак(просто няма нищо друго. Въпреки това, във всички канонични разсъждения по подразбиранесе допуска съществуването на още един "актьор", който не присъства нито във формулировката на парадокса, нито в теорията на Айнщайн - абсолютното пространство, а след това Пускорява по отношение на това абсолютно пространство, докато дпочива спрямо същото абсолютно пространство – има нарушение на симетрията). Но кинематичноускорението е относително същото като скоростта, т.е. ако близнакът пътешественик ускорява (отдалечава се, приближава или почива) спрямо брат си, тогава братът домосед по същия начин ускорява (отдалечава се, приближава или почива) спрямо своя брат пътник, - симетрията не е нарушена в този случай (!). Никакви сили на инерция или гравитационни полета в референтната система на ускорения брат също не възникват поради липсата на маса в близнаците. По същата причина тук не важи и общата теория на относителността. По този начин не се нарушава симетрията на близнаците и Парадоксът на близнаците остава неразрешен . в рамките на теорията на относителността на Айнщайн. В защита на това заключение може да се направи един чисто философски аргумент: кинематичният парадокс трябва да бъде разрешен кинематично , и е безполезно да се включват други, динамични теории за неговото решение, както се прави в каноничните доказателства. В заключение, парадоксът на близнаците не е физически парадокс, а парадокс на нашата логика ( апориякато апориите на Зенон), приложени към анализа на конкретна псевдофизическа ситуация. Това от своя страна означава, че всякакви аргументи като възможност или невъзможност за техническа реализация на такова пътуване, възможна връзка между близнаците чрез обмен на светлинни сигнали, отчитане на ефекта на Доплер и др. да се използва за разрешаване на парадокса (по-специално, без да съгрешаваме срещу логиката , можем да вземем предвид времето за ускорение Пот нула до крейсерска скорост, време за завъртане, време на забавяне при приближаване до Земята, произволно малки, дори "мигновени").

От друга страна, самата теория на относителността на Айнщайн сочи друг, доста различен аспект на парадокса на близнаците. В същата първа статия за теорията на относителността (SNT, том 1, стр. 8) Айнщайн пише: „Трябва да обърнем внимание на факта, че всички наши преценки, в които времето играе някаква роля, винаги са преценки за едновременни събития(Курсив на Айнщайн)". (Ние в известен смисъл отиваме по-далеч от Айнщайн, като приемаме едновременността на събитията необходимо условие реалностсъбития.) По отношение на нашите близнаци това означава следното: по отношение на всеки от тях, брат му винаги едновременно с него (т.е. наистина съществува), независимо какво се случва с него. Това не означава, че времето, изминало от началото на пътуването, е еднакво за тях, когато са в различни точки в пространството, но абсолютно трябва да е същото, когато са в една и съща точка в пространството. Последното означава, че възрастта им е била една и съща в началото на пътуването (те са близнаци), когато са били в една и съща точка в пространството, след това възрастта им взаимно се е променила по време на пътуването на един от тях в зависимост от скоростта му (не единият отмени теорията на относителността), когато бяха в различни точки в пространството, и отново станаха същите в края на пътуването, когато отново се озоваха в същата точка в пространството .. Разбира се, и двамата остаряха, но процесът на стареене можеше да протече различно за тях, от гледна точка на единия или другия, но в крайна сметка те остаряха по същия начин. Обърнете внимание, че тази нова ситуация за близнаци все още е симетрична. Сега, като вземем предвид последните забележки, парадоксът на близнаците става качествено различен - принципно неразрешим в рамките на специалната теория на относителността на Айнщайн.

Последното (заедно с редица подобни „претенции“ към SRT на Айнщайн, вижте глава XI на нашата книга или анотация към нея в статията „Математически принципи на съвременната натурфилософия“ на този сайт) неизбежно води до необходимостта от преразглеждане на специалната теория на относителността. Не считам моята работа за опровержение на SRT и, освен това, изобщо не призовавам за изоставянето му, но предлагам по-нататъшното му развитие, предлагам нов "Специалната теория на относителността"(SRT * - ново издание)", в който по-специално "парадоксът на близнаците" просто не съществува като такъв (за тези, които все още не са прочели статията "Специална" теория на относителността, ви информирам, че в новата специална теория на относителността, времето забавя, само когато движещата се инерционна система приближавакъм неподвижния и времето се ускорявакогато подвижната референтна рамка отстранениот стационарното и в резултат на това ускоряването на времето през първата половина на пътуването (отдалечаване от Земята) се компенсира от забавянето на времето през втората половина (приближаване до Земята) и няма бавно стареене на пътуващия близнак, без парадокси. Пътешествениците от бъдещето може да не се страхуват след завръщането си да попаднат в далечното бъдеще на Земята!). Изградени са и две принципно нови теории на относителността, които нямат аналози - „„Специална обща“ теория на относителността(СОТО)" и "Кватерна вселена"(моделът на Вселената като "самостоятелна теория на относителността"). На този сайт е публикувана статията „„Специални“ теории на относителността“. Посветих тази статия на предстоящото 100-годишнината на теорията на относителността . Каня ви да коментирате моите идеи, както и теорията на относителността във връзка с нейната 100-годишнина.

Мясников Владимир Макарович [имейл защитен]
септември 2004 г

Допълнение (Добавено през октомври 2007 г.)

"Парадокс" на близнаци в SRT*. Без парадокси!

И така, симетрията на близнаците е непоправима в проблема с близнаците, което в SRT на Айнщайн води до неразрешим парадокс: става очевидно, че модифицираният SRT без парадокса на близнаците трябва да даде резултата T (П) = T (д), което между другото е напълно в съответствие с нашия здрав разум. Именно тези заключения са получени в SRT * - ново издание.

Позволете ми да ви напомня, че при SRT*, за разлика от SRT на Айнщайн, времето се забавя само когато подвижната референтна система се доближи до фиксираната, и се ускорява, когато подвижната референтна система се отдалечи от неподвижната. Формулира се по следния начин (виж формули (7) и (8)):

Нека допълнително усъвършенстваме концепцията за инерционна отправна система, която отчита неразделното единство на пространството и времето в SRT*. Дефинирам инерционна референтна система (вижте Теория на относителността, Нови подходи, Нови идеи или Пространство и етер в математиката и физиката.) като референтна точка и нейното съседство, всички точки от която се определят от референтната точка и чието пространство е хомогенна и изотропна. Но неразривното единство на пространството и времето по необходимост изисква отправната точка, фиксирана в пространството, да бъде фиксирана и във времето, с други думи, отправната точка в пространството трябва да бъде и отправната точка на времето.

И така, считам две фиксирани референтни системи, свързани с д: фиксирана референтна рамка в момента на изстрелване (референтна рамка изпращане на Д) и фиксирана референтна система в момента на финала (референтната система среща Д). Отличителна черта на тези отправни системи е, че в отправната система изпращане на Двремето тече от началната точка към бъдещето, а пътят, изминат от ракетата от Прасте, независимо къде и как се движи, т.е. в тази референтна рамка Потдалечава се от дкакто в пространството, така и във времето. В референтната рамка среща Д- времето тече от миналото към началната точка и моментът на срещата наближава, а пътят на ракетата от Пдо референтната точка намалява, т.е. в тази референтна рамка Пприближава дкакто в пространството, така и във времето.

Да се ​​върнем на нашите близнаци. Напомням ви, че разглеждам проблема с близнаците като логически проблем ( апориякато апориите на Зенон) при псевдофизични условия на кинематиката, т.е. мисля, че Псе движи през цялото време с постоянна скорост, разчитайки на ускорение по време на ускорение, забавяне и т.н. незначителен (нула).

Две близначки П(пътешественик) и д(домашен) обсъждане на предстоящия полет на Земята Пкъм звездата Зразположени на разстояние Лот Земята и обратно с постоянна скорост V. Очаквано време на полета, от началото на Земята до края на Земята, за Пв неговата референтна рамкасе равнява T=2L/V. Но в справочна система изпращане на Д Псе отстранява и следователно времето му на полет (времето на изчакване на Земята) е равно на (виж (!!)), а това време е много по-малко T, т.е. времето за изчакване е по-малко от времето за полет! Парадокс? Разбира се, че не, тъй като това напълно справедливо заключение "остана" в справочна система изпращане на Д . Сега дотговаря Пвече в друга справочна система среща Д , и в тази референтна рамка Пнаближава, а времето му за изчакване е равно, съобразно (!!!), , т.е. време за собствен полет Пи собствено време за изчакване дсъвпада. Без противоречия!

Предлагам да разгледаме конкретен (разбира се, умствен) "експеримент", планиран по време за всеки близнак и във всяка референтна рамка. За да бъдем конкретни, нека звездата Зотстранен от земята на разстояние Л= 6 светлинни години. Остави Пна ракета лети напред-назад с постоянна скорост V = 0,6 ° С. След това собственото му време за полет T = 2L/V= 20 години. Ние също изчисляваме и (вижте (!!) и (!!!)). Също така сме съгласни, че с интервал от 2 години, в контролни точки във времето, Пще изпрати сигнал (със скоростта на светлината) към Земята. „Експериментът“ се състои в записване на времето на приемане на сигнали на Земята, техния анализ и сравнение с теорията.

Всички данни от измерванията на времеви точки са дадени в таблицата:

В колони с числа 1 - 7 са дадени: 1. Контролни точки във времето (в години) в референтната система на ракетата. Тези моменти фиксират времевите интервали от момента на изстрелването или показанията на часовника на ракетата, който е настроен на "нула" в момента на изстрелването. Контролните точки на времето определят моментите на изпращане на сигнал към Земята на ракетата. 2. Същите контролни точки във времето, но в референтна рамка изпращанеблизнак(където "нула" също е зададена в момента на изстрелване на ракетата). Те се определят чрез (!!) отчитане на . 3. Разстояния от ракетата до Земята в светлинни години в контролните точки във времето или времето на разпространение на съответния сигнал (в години) от ракетата до Земята 4. в референтна рамка изпращанеблизнак. Дефинирана като контролна точка във времето в референтната рамка на придружаващия близнак (колона 2 3 ). 5. Същите контролни точки във времето, но сега в референтна рамка срещаблизнак. Особеността на тази референтна система е, че сега "нулата" на времето се определя в момента на финала на ракетата и всички контролни точки на времето са в миналото. Приписваме им знак минус и като вземем предвид неизменността на посоката на времето (от минало към бъдеще), променяме последователността им в колоната на противоположната. Абсолютните стойности на тези моменти от време се намират от съответните стойности в референтна рамка изпращанеблизнак(колона 2 ) чрез умножаване по (вижте (!!!)). 6. Моментът на приемане на Земята на съответния сигнал в референтна рамка срещаблизнак. Определя се като контролна точка във времето в референтна рамка срещаблизнак(колона 5 ) плюс съответното време на разпространение на сигнала от ракетата до Земята (колона 3 ). 7. Реално време на приемане на сигнала на Земята. Факт е, че днеподвижен в космоса (на Земята), но се движи в реално време и в момента на получаване на сигнала той вече не е в референтна рамка изпращанеблизнак, но в референтна рамка точка във времетоприемане на сигнал. Как да определим този момент от реалното време? Сигналът, по условие, се разпространява със скоростта на светлината, което означава, че две събития A = (Земята в момента на получаване на сигнала) и B = (точка в пространството, където се намира ракетата в момента на изпращане на сигнала) (Напомням ви, че събитие в пространството е време се нарича точка в определен момент от времето) са едновременно, защото ∆x = ° СΔt , където Δx е пространственото разстояние между събитията, а Δt е времево, т.е. времето на разпространение на сигнала от ракетата до Земята (вижте определението за едновременност в "Специалната" теория на относителността, формула (5)). А това от своя страна означава, че д, с еднакво право, може да се разглежда както в референтната система на събитие А, така и в референтната система на събитие Б. В последния случай ракетата се приближава и в съответствие с (!!!) всички времеви интервали (до този контролен момент) в референтна рамка изпращанеблизнак(колона 2 ) трябва да се умножи по и след това да се добави съответното време на разпространение на сигнала (колона 3 ). Горното е вярно за всяка контролна точка във времето, включително крайната, т.е. край на пътуването П. Ето как се изчислява колоната 7 . Естествено, реалните моменти на приемане на сигнала не зависят от метода на тяхното изчисляване, точно това показва действителното съвпадение на колоните. 6 и 7 .

Разгледаният „експеримент“ само потвърждава основното заключение, че собственото време на полет на близнака пътник (неговата възраст) и собственото време на чакане на близнака у дома (неговата възраст) съвпадат и няма противоречия! „Противоречията“ възникват само в някои референтни системи, напр. в референтна рамка изпращанеблизнак, но това по никакъв начин не влияе на крайния резултат, тъй като в този кадър близнаците не могат да се срещнат по принцип, докато в референтна рамка срещаблизнак, където близнаците всъщност се срещат, вече няма противоречия. Повтарям: Пътешествениците от бъдещето може да не се страхуват, след като се върнат на Земята, да попаднат в нейното далечно бъдеще!

октомври 2007 г

Първо, нека разберем кои са близнаци и кои са близнаци. И двете са родени от една и съща майка почти по едно и също време. Но ако близнаците могат да имат различен ръст, тегло, черти на лицето и характер, то близнаците са почти неразличими. И за това има строго научно обяснение.

Факт е, че при раждането на близнаци процесът на оплождане може да протече по два начина: или два сперматозоида оплождат яйцето едновременно, или вече оплоденото яйце се разделя на две и всяка половина от него започва да се развива в самостоятелен плод. В първия случай, което не е трудно да се отгатне, се раждат близнаци, които се различават един от друг, във втория - монозиготни близнаци, абсолютно подобни един на друг. И въпреки че тези факти са известни на учените отдавна, причините, които провокират появата на близнаци, все още не са напълно изяснени.

Вярно е, че се наблюдава, че всеки стресов ефект може да доведе до спонтанно разделяне на яйцеклетката и появата на два еднакви ембриона. Това обяснява увеличаването на броя на ражданията на близнаци по време на войни или епидемии, когато тялото на жената е в постоянна тревога. В допълнение, геоложките особености на района също влияят върху статистиката на близнаците. Например, те се раждат по-често на места с повишена биопатогенна активност или в райони на рудни находища...

Много хора описват неясно, но постоянно чувство, че някога са имали близнак, който е изчезнал. Изследователите смятат, че това твърдение не е толкова странно, колкото може да изглежда на пръв поглед. Вече е доказано, че при зачеването се развиват много повече близнаци - еднояйчни и просто близнаци, отколкото се раждат на бял свят. Изследователите изчисляват, че 25 до 85% от бременностите започват с два ембриона, но завършват с един.

Ето само два от тези стотици и хиляди примери, известни на лекарите, които потвърждават това заключение ...

30-годишният Морис Томкинс, който се оплакваше от чести главоболия, получи разочароваща диагноза: мозъчен тумор. Беше решено да се извърши операцията. Когато туморът беше отворен, хирурзите онемяха: оказа се, че това не е злокачествен тумор, както се предполагаше по-рано, а не резорбираните останки от тялото на брата близнак. Това се доказва от косата, костите, мускулната тъкан, открити в мозъка ...

Подобно образувание, само че в черния дроб, е открито при деветгодишна ученичка от Украйна. Когато туморът, нараснал до размерите на футболна топка, беше изрязан, пред очите на изненаданите лекари се разкри ужасна картина: кости, дълги коси, зъби, хрущяли, мастни тъкани, парчета кожа стърчаха от него. вътре ...

Фактът, че значителна част от оплодените яйцеклетки наистина започват развитието си с два ембриона, се потвърждава и от ултразвукови изследвания на хода на бременността при десетки и стотици жени. Така през 1973 г. американският лекар Луис Хелман съобщава, че от изследваните от него 140 рискови бременности 22 са започнали с два ембрионални торбички - 25% повече от очакваното. През 1976 г. д-р Салватор Леви от университета в Брюксел публикува стряскащата си статистика за ултразвукови прегледи на 7000 бременни жени. Наблюденията, проведени през първите 10 седмици от бременността, показват, че в 71% от случаите има два ембриона, но се ражда само едно дете. Според Леви вторият плод обикновено изчезвал безследно до третия месец от бременността. В повечето случаи, смята ученият, то се усвоява от организма на майката. Някои учени предполагат, че това може да е естественият начин за отстраняване на увреден плод, като по този начин се поддържа здрав.

Привържениците на друга хипотеза обясняват това явление с факта, че многоплодната бременност е присъща на природата на всички бозайници. Но при големите представители на класа, поради факта, че раждат по-големи малки, на етапа на формиране на ембриона, той се превръща в единичен. Учените отидоха още по-далеч в своите теоретични конструкции, които твърдят следното: „да, наистина, от оплодената яйцеклетка винаги се образуват два ембриона, от които оцелява само единият, най-силният. Но другият ембрион изобщо не се разтваря, а се поглъща от техния оцелял брат. Тоест, в първите етапи на бременността в утробата на жената се случва истински ембрионален канибализъм. Основният аргумент в полза на тази хипотеза е фактът, че в ранните етапи на бременността ембрионите близнаци се фиксират много по-често, отколкото в по-късните периоди. Преди това се смяташе, че това са ранни диагностични грешки. Сега, съдейки по горните факти, това несъответствие в статистическите данни е напълно обяснено.

Понякога липсващият близнак се усеща по много оригинален начин. Когато Патриша Макдонъл от Англия забременява, тя разбира, че няма една кръвна група, а две: 7% кръвна група А и 93% - група 0. Кръвната група А е нейната. Но по-голямата част от кръвта, циркулираща в тялото на Патриша, идва от неродения брат близнак, който тя е погълнала в утробата. Въпреки това, десетилетия по-късно останките му продължават да произвеждат кръвта си.

Много любопитни черти показват близнаците в зряла възраст. Можете да проверите това в следния пример.

„Близначките Джима“ бяха разделени веднага след раждането, израснаха отделно и се превърнаха в сензация, когато се намериха. И двамата се казваха еднакви, и двамата бяха женени за жени на име Линда, с които се разведоха. Когато и двамата се женят втори път, съпругите им също носят едно и също име - Бети. Всеки имаше куче на име Той. И двамата са работили като представители на шерифа, както и в Макдоналдс и на бензиностанции. Те прекараха ваканциите си на плажа в Сейнт Петербург (Флорида) и караха Шевролет. И двамата си гризаха ноктите, пиеха бира Милър и поставиха бели пейки до дърво в градините си.

Психологът Томас Дж. Бочард младши посвети живота си на приликите и разликите в поведението на близнаците. Въз основа на наблюдения на близнаци, отглеждани от ранна детска възраст в различни семейства и в различна среда, той стига до извода, че наследствеността играе много по-голяма роля, отколкото се смяташе досега, във формирането на чертите на личността, нейния интелект и психика, в податливостта на някои заболявания.. Много от близнаците, които той изследва, въпреки значителната разлика във възпитанието, показват много сходни поведенчески черти.

Например Джак Юф и Оскар Сторч, родени през 1933 г. в Тринидад, са разделени веднага след раждането си. Те се срещнаха само веднъж в началото на 20-те си години. Те бяха на 45, когато се видяха отново в Бошар през 1979 г. И двамата имаха мустаци, подходящи очила с тънки метални рамки и сини ризи с двойни джобове и еполети. Оскар, отгледан от майка германка и нейното семейство в католическа вяра, се присъединява към Хитлерската младеж по време на нацистката ера. Джак е отгледан в Тринидад от баща евреин и по-късно живее в Израел, където работи в кибуц и служи в израелския флот. Джак и Оскар откриват, че въпреки различните си условия на живот, споделят едни и същи навици. Например и двамата обичаха да четат на глас в асансьора, само за да видят как ще реагират другите. И двамата четяха списания отзад напред, имаха строг характер, носеха ластик около китките си и пускаха водата в тоалетната, преди да я използват. Поразително подобно поведение е демонстрирано от други изследвани двойки близнаци. Бриджит Харисън и Дороти Лоу, родени през 1945 г. и разделени, когато бяха на една седмица, дойдоха в Бошар с часовници и гривни на едната ръка, две гривни и седем пръстена на другата. По-късно стана ясно, че всяка от сестрите има котка на име Тигър, че синът на Дороти се казва Ричард Андрю, а синът на Бриджит е Андрю Ричард. Но по-впечатляващ беше фактът, че и двамата, когато бяха на петнадесет години, водеха дневник, а след това почти едновременно се отказаха от тази дейност. Дневниците им бяха еднакви по вид и цвят. Освен това, въпреки че съдържанието на записите варира, те са записвани или пропускани в едни и същи дни. Когато отговаряха на въпроси на психолози, много двойки завършваха отговорите си по едно и също време и често допускаха същите грешки, когато отговаряха на въпроси. Проучванията разкриха приликата на близнаците в начина на говорене, жестикулация, движение. Установено е също, че еднояйчните близнаци дори спят по един и същ начин, като фазите им съвпадат. Предполага се, че могат да развият едни и същи заболявания.

Това изследване на близнаци може да бъде завършено с думите на Луиджи Гелд, който каза: „Ако единият има дупка в зъба, тогава другият ще я има в същия зъб или скоро ще се появи.“

Искате ли да изненадате всички с младостта си?Впуснете се в дълъг космически полет! Въпреки че, когато се върнете, най-вероятно няма да има кой да бъде изненадан ...

Нека анализираме историятадвама братя близнаци.
Единият от тях - "пътешественикът" отива в космически полет (където скоростта на ракетите е близка до светлината), вторият - "домакът" остава на Земята. И какъв е въпросът? - на възраст братя!
Ще останат ли на същата възраст след космическото пътуване или някой от тях (и кой точно) ще остарее?

Още през 1905 г. Алберт Айнщайн в Специалната теория на относителността (SRT) формулира релативистичен ефект на забавяне на времето, според който часовниците, движещи се спрямо инерционна отправна система, работят по-бавно от неподвижните часовници и показват по-кратък интервал от време между събитията. Освен това това забавяне е забележимо при скорости, близки до светлината.

След номинацията на SRT от Айнщайн френският физик Пол Ланжевен формулира "парадокс на близнаците" (или иначе "парадокс на часовника"). Парадоксът на близнаците (иначе "парадокс на часовника") е мисловен експеримент, с който се опитват да обяснят противоречията, възникнали в SRT.

И така, обратно към братята близнаци!

На домоседа трябва да изглежда, че часовникът на пътуващия пътешественик има бавен темп на време, така че при връщане трябва да изостава от часовника на домоседа.
И от друга страна, Земята се движи спрямо пътешественика, така че той смята, че часовникът на домашния човек трябва да изостава.

Но не може и двамата братя да са едновременно единият по-голям от другия!
Ето къде се крие парадоксът...

От гледна точка на „парадокса на близнаците“, който съществуваше по време на възникването, в тази ситуация възникна противоречие.

Въпреки това парадоксът като такъв всъщност не съществува, тъй като трябва да помним, че SRT е теория за инерциални отправни системи! А, референтната система за поне един от близнаците не беше инерционна!

На етапите на ускорение, забавяне или обръщане, пътникът е преживял ускорения и следователно в тези моменти, разпоредбите на SRT не са приложими.

Тук трябва да използвате Обща теория на относителността, където чрез изчисления е доказано, че:

Да се ​​върнем, към въпроса за забавяне на времето по време на полет!
Ако светлината измине някакъв път за време t.
Тогава продължителността на полета на кораба за "homebody" ще бъде T = 2vt / s

А за „пътника“ на космическия кораб, неговият часовник (базиран на трансформацията на Лоренц) ще отнеме само To=T пъти корен квадратен от (1-v2/c2)
В резултат на това изчисленията (в общата теория на относителността) на величината на забавяне на времето от позицията на всеки брат ще покажат, че брат-пътник ще бъде по-млад от своя брат-домашен.

Например, можете мислено да изчислите полета до звездната система Алфа Кентавър, която е на 4,3 светлинни години от Земята (светлинна година е разстоянието, което светлината изминава за една година). Нека времето се измерва в години, а разстоянията в светлинни години.

Оставете космическия кораб да се движи половината от пътя с ускорение, близко до ускорението на свободното падане, и забавете другата половина със същото ускорение. Връщайки се обратно, корабът повтаря етапите на ускорение и забавяне.

В тази ситуация времето на полета в земната референтна система ще бъде приблизително 12 години, докато според часовника на кораба ще изминат 7,3 години.Максималната скорост на кораба ще достигне 0,95 от скоростта на светлината.

След 64 години подходящо време космическият корабс подобно ускорение може да пътува до галактиката Андромеда (напред и назад). На Земята по време на такъв полет ще минат около 5 милиона години.

Разсъждението зад историята за близнаците води само до привидно логическо противоречие. При всяка формулировка на „парадокса“ няма пълна симетрия между братята.

Относителността на едновременността на събитията играе важна роля за разбирането защо времето се забавя точно за пътешественик, който е променил референтната си система.

Вече проведените експерименти за удължаване на живота на елементарните частици и забавяне на часовника по време на тяхното движение потвърждават теорията на относителността.

Това дава основание да се твърди, че забавянето на времето, описано в историята на близнаците, ще се случи и при реалното осъществяване на този мисловен експеримент.

Основната цел на мисловния експеримент, наречен "Парадокс на близнаците", беше да опровергае логиката и валидността на специалната теория на относителността (СТО). Веднага си струва да споменем, че всъщност не става въпрос за никакъв парадокс, а самата дума се появява в тази тема, защото същността на мисловния експеримент първоначално беше неразбрана.

Основната идея на STO

Парадоксът (парадоксът на близнаците) казва, че "неподвижен" наблюдател възприема процесите на движещи се обекти като забавящи се. В съответствие със същата теория инерционните референтни системи (рамки, в които движението на свободните тела се извършва праволинейно и равномерно или те са в покой) са равни една спрямо друга.

Парадоксът на близнаците накратко

Като се вземе предвид вторият постулат, възниква предположение за несъответствие.За визуално решаване на този проблем беше предложено да се разгледа ситуацията с двама братя близнаци. Единият (условно - пътешественик) е изпратен на космически полет, а другият (домашен) е оставен на планетата Земя.

Формулировката на парадокса на близнаците при такива условия обикновено звучи така: според домашния човек времето на часовника, който има пътешественикът, се движи по-бавно, което означава, че когато се върне, неговият (на пътника) часовник ще изостане. Пътешественикът, напротив, вижда, че Земята се движи спрямо него (на която има домосед с часовника си) и от негова гледна точка брат му ще минава по-бавно времето.

Реално и двамата братя са равнопоставени, което означава, че когато са заедно, времето на часовниците им ще бъде еднакво. В същото време, според теорията на относителността, часовникът на брата-пътешественик трябва да изостане. Такова нарушение на привидната симетрия се счита за несъответствие в разпоредбите на теорията.

Парадокс на близнаците от теорията на относителността на Айнщайн

През 1905 г. Алберт Айнщайн извежда теорема, която гласи, че когато двойка часовници, синхронизирани един с друг, е в точка А, един от тях може да се движи по извита затворена траектория с постоянна скорост, докато отново достигне точка А (и на това ще бъдат изразходвани например t секунди), но в момента на пристигането те ще показват по-малко време от часовника, който е останал неподвижен.

Шест години по-късно Пол Ланжевен придава на тази теория статут на парадокс. „Опакована“ във визуална история, тя скоро придоби популярност дори сред хора, далеч от науката. Според самия Ланжевен, несъответствията в теорията се дължат на факта, че, връщайки се на Земята, пътникът се е движел с ускорена скорост.

Две години по-късно Макс фон Лауе излага версията, че значими са не моментите на ускорение на даден обект, а фактът, че той попада в различна инерционна отправна система, когато се озове на Земята.

Най-накрая, през 1918 г., самият Айнщайн успява да обясни парадокса на двама близнаци чрез влиянието на гравитационното поле върху хода на времето.

Обяснение на парадокса

Парадоксът на близнаците има доста просто обяснение: първоначалното предположение за равенство между двете референтни системи е неправилно. Пътешественикът не остава през цялото време в инерционната отправна система (същото важи и за историята с часовника).

В резултат на това мнозина смятат, че специалната теория на относителността не може да се използва за правилното формулиране на парадокса на близнаците, в противен случай ще се получат несъвместими прогнози.

Всичко беше решено, когато беше създаден.Той даде точно решение за съществуващия проблем и успя да потвърди, че от двойка синхронизирани часовници, тези, които са в движение, ще изостанат. Така първоначално парадоксалната задача получи статут на обикновена.

спорни точки

Има предположения, че моментът на ускорение е достатъчно значителен, за да промени скоростта на часовника. Но в хода на многобройни експериментални тестове беше доказано, че под въздействието на ускорението движението на времето не се ускорява или забавя.

В резултат на това сегментът от траекторията, по който единият от братята се е ускорил, демонстрира само известна асиметрия, която възниква между пътешественика и домашното тяло.

Но това твърдение не може да обясни защо времето се забавя за движещ се обект, а не за нещо, което остава в покой.

Проверка чрез практика

Формулите и теоремите описват точно парадокса на близнаците, но това е доста трудно за некомпетентен човек. За тези, които са по-склонни да се доверят на практиката, а не на теоретичните изчисления, бяха проведени множество експерименти, чиято цел беше да докажат или опровергаят теорията на относителността.

В един случай са използвани.Те са изключително точни и за минимална десинхронизация ще са им необходими повече от милион години. Поставени в пътнически самолет, те обиколиха Земята няколко пъти и след това показаха доста забележимо изоставане спрямо онези часовници, които не летяха никъде. И това въпреки факта, че скоростта на движение на първата проба на часовника беше далеч от светлината.

Друг пример: животът на мюоните (тежките електрони) е по-дълъг. Тези елементарни частици са няколкостотин пъти по-тежки от обикновените частици, имат отрицателен заряд и се образуват в горния слой на земната атмосфера поради действието на космическите лъчи. Скоростта на тяхното движение към Земята е само малко по-ниска от скоростта на светлината. С тяхната истинска продължителност на живота (2 микросекунди) те биха се разпаднали, преди да докоснат повърхността на планетата. Но по време на полета те живеят 15 пъти по-дълго (30 микросекунди) и въпреки това достигат целта.

Физическата причина за парадокса и обменът на сигнали

Физиката също обяснява парадокса на близнаците на по-достъпен език. По време на полета и двамата братя близнаци са извън обхват един на друг и на практика не могат да се уверят, че часовниците им се движат в синхрон. Възможно е да се определи колко точно се забавя движението на часовниците на пътника, ако анализираме сигналите, които те ще изпращат един на друг. Това са конвенционални сигнали за "точно време", изразени като светлинни импулси или видеопредаване на циферблата на часовника.

Трябва да разберете, че сигналът няма да бъде предаден в настоящето време, а вече в миналото, тъй като сигналът се разпространява с определена скорост и отнема определено време, за да премине от източника до приемника.

Възможно е правилно да се оцени резултатът от диалога на сигнала само като се вземе предвид ефектът на Доплер: когато източникът се отдалечи от приемника, честотата на сигнала ще намалее, а когато се приближи, ще се увеличи.

Формулиране на обяснение в парадоксални ситуации

Има два основни начина да се обяснят парадоксите на тези двойни истории:

1. Внимателно разглеждане на съществуващи логически конструкции за противоречия и идентифициране на логически грешки във веригата на разсъжденията.
2. Извършване на подробни изчисления, за да се оцени фактът на забавяне на времето от гледна точка на всеки от братята.

Първата група включва изчислителни изрази, базирани на SRT и вписани в Тук се разбира, че моментите, свързани с ускорението на движението, са толкова малки по отношение на общата дължина на полета, че могат да бъдат пренебрегнати. В някои случаи те могат да въведат трета инерционна отправна система, която се движи в обратна посока спрямо пътника и се използва за предаване на данни от неговия часовник към Земята.

Втората група включва изчисления, изградени, като се вземе предвид фактът, че моментите на ускорено движение все още са налице. Самата тази група също е разделена на две подгрупи: едната използва гравитационната теория (GR), а другата не. Ако е включена общата теория на относителността, тогава се разбира, че в уравнението се появява гравитационното поле, което съответства на ускорението на системата, и се взема предвид промяната в скоростта на времето.

Заключение

Всички дискусии, свързани с въображаем парадокс, се дължат само на привидна логическа грешка. Без значение как са формулирани условията на проблема, не е възможно да се гарантира, че братята се намират в напълно симетрични условия. Важно е да се има предвид, че времето се забавя именно при движещи се часовници, които трябваше да преминат през смяна на отправните системи, тъй като едновременността на събитията е относителна.

Има два начина да се изчисли колко се е забавило времето от гледна точка на всеки от братята: като се използват най-простите действия в рамките на специалната теория на относителността или се фокусира върху неинерциални референтни системи. Резултатите от двете вериги на изчисление могат да бъдат взаимно съгласувани и еднакво служат за потвърждение, че времето тече по-бавно при движещ се часовник.

Въз основа на това може да се предположи, че когато мисловният експеримент се пренесе в реалността, този, който заеме мястото на домашен човек, наистина ще остарее по-бързо от пътника.

Специалната и общата теория на относителността казват, че всеки наблюдател има свое време. Тоест, грубо казано, един човек се движи и определя едно време по своя часовник, друг човек по някакъв начин се движи и определя друго време по своя часовник. Разбира се, ако тези хора се движат един спрямо друг с малки скорости и ускорения, те измерват почти едно и също време. Според нашия часовник, който използваме, не можем да измерим тази разлика. Не изключвам, че ако двама души са оборудвани с часовници, които измерват времето с точност до една секунда по време на живота на Вселената, тогава, гледайки някак по различен начин, те могат да видят някаква разлика в някакъв знак n. Тези разлики обаче са слаби.

Специалната и общата теория на относителността предвиждат, че тези разлики ще бъдат значителни, ако двама спътника се движат един спрямо друг с високи скорости, ускорения или близо до черна дупка. Например, единият от тях е далеч от черната дупка, а другият е близо до черната дупка или някое силно гравитиращо тяло. Или единият е в покой, а другият се движи с някаква скорост спрямо него или с голямо ускорение. Тогава разликите ще са значителни. Колко големи, не казвам и това се измерва в експеримент с атомни часовници с висока точност. Хората летят със самолет, после го връщат, сравняват какво показва часовникът на земята, какво показва часовникът на самолета и не само. Има много такива експерименти, всички те са в съответствие с предсказанията за формата на общата и специалната теория на относителността. По-специално, ако единият наблюдател е в покой, а другият се движи спрямо него с постоянна скорост, тогава преизчисляването на часовника от един към друг се дава като пример с трансформации на Лоренц.

В специалната теория на относителността, въз основа на това, съществува така нареченият парадокс на близнаците, който е описан в много книги. Състои се в следното. Само си представете, че имате две близначки: Ваня и Вася. Да кажем, че Ваня остана на Земята, а Вася отлетя до Алфа Кентавър и се върна. Сега се говори, че спрямо Ваня, Вася се движел с постоянна скорост. Времето му течеше по-бавно. Той се върна, така че трябва да е по-млад. От друга страна, парадоксът се формулира по следния начин: сега, напротив, спрямо Вася (движещ се с постоянна скорост спрямо) Ваня се движи с постоянна скорост, въпреки факта, че е бил на Земята, т.е. Вася се връща на Земята, на теория с Ваня часовникът трябва да показва по-малко време. Кой от тях е по-млад? Някакво логическо противоречие. Пълна глупост тази специална теория на относителността, оказва се.

Факт номер едно: трябва веднага да разберете, че трансформациите на Лоренц могат да се използват, ако преминете от една инерционна отправна система към друга инерционна отправна система. И тази логика е, че от една страна времето се движи по-бавно поради факта, че се движи с постоянна скорост, само на базата на трансформацията на Лоренц. И в този случай имаме един от почти инерционните наблюдатели - този, който е на Земята. Почти инерционни, тоест тези ускорения, с които Земята се движи около Слънцето, Слънцето се движи около центъра на Галактиката и така нататък, това са всички малки ускорения, за този проблем това със сигурност може да бъде пренебрегнато. А вторият трябва да лети до Алфа Кентавър. Трябва да се ускори, да се забави, после пак да се ускори, да се забави – това са все неинерционни движения. Следователно такова наивно преизчисляване не работи веднага.

Какъв е правилният начин да се обясни този парадокс на близнаците? Всъщност е доста лесно да се обясни. За да сравните живота на двама другари, те трябва да се срещнат. Те първо трябва да се срещнат за първи път, да бъдат в една и съща точка в пространството по едно и също време, да сравнят часовете: 0 часа 0 минути на 1 януари 2001 г. След това отлетете. Един от тях ще се движи в една посока, часовникът му някак ще тиктака. Другият ще се движи по различен начин, а часовникът му ще тиктака по негов начин. След това те ще се срещнат отново, ще се върнат в същата точка в пространството, но в различно време по отношение на оригинала. В същото време те ще бъдат в една и съща точка по отношение на някакъв допълнителен часовник. Важното е, че вече могат да сверяват часовници. Единият имаше толкова много, другият имаше толкова много. Как се обяснява това?

Представете си тези две точки в пространството и времето, където те се срещнаха в началния момент и в последния момент, в момента на тръгване към Алфа Кентавър, в момента на пристигане от Алфа Кентавър. Един от тях се е движел по инерция, ще приемем за идеален, тоест се е движел праволинейно. Вторият от тях се движеше неинерционно, значи се движеше по някаква крива в това пространство и време – ускоряваше се, забавяше се и т.н. Така че една от тези криви има свойството екстремалност. Ясно е, че сред всички възможни криви в пространството и времето, линията е крайна, тоест има екстремна дължина. Наивно изглежда, че тя трябва да има най-малка дължина, защото в равнината сред всички криви правата има най-малка дължина между две точки. В пространството и времето на Минковски метриката е подредена така, методът за измерване на дължини е подреден така, правата линия има най-голяма дължина, колкото и странно да звучи. Правата линия е най-дългата. Следователно този, който се е движил по инерция, останал на Земята, ще измерва по-дълъг период от време, отколкото този, който е летял до Алфа Кентавър и се е върнал, така че ще бъде по-стар.

Обикновено такива парадокси се измислят, за да се опровергае определена теория. Те са измислени от самите учени, които се занимават с тази област на науката.

Първоначално, когато се появи нова теория, е ясно, че никой изобщо не я възприема, особено ако противоречи на някои добре установени данни към онзи момент. И хората просто се съпротивляват, определено е така, измислят всякакви контрааргументи и т.н. Всичко минава през труден процес. Човек се бори, за да бъде признат. Това винаги е свързано с дълги периоди от време и много караница. Има такива парадокси.

В допълнение към парадокса на близнаците има например такъв парадокс с пръчка и навес, така нареченото свиване на дължините на Лоренц, че ако стоите и гледате пръчка, която лети покрай вас с много висока скорост , тогава той изглежда по-къс, отколкото е в действителност в референтната система, в която е в покой. Има един парадокс, свързан с това. Представете си хангар или проходна барака, има две дупки, има някаква дължина, независимо каква. Представете си, че този прът лети към него, ще прелети през него. Хамбарът в своята система за почивка има една дължина, да речем 6 метра. Въдицата в системата за почивка е с дължина 10 метра. Представете си, че тяхната скорост на приближаване е такава, че в референтната система на хамбара прътът е намален на 6 метра. Можете да изчислите каква е тази скорост, но сега няма значение, тя е достатъчно близка до скоростта на светлината. Въдицата беше намалена до 6 метра. Това означава, че в референтната рамка на навеса прътът в даден момент ще се побере изцяло в навеса.

Човек, който стои в плевня - прът лети покрай него - в един момент ще види този прът да лежи изцяло в плевнята. От друга страна, движението с постоянна скорост е относително. Съответно може да се счита, че прътът е в покой, а плевня лети към него. Това означава, че в референтната система на лентата хамбарът се е свил и се е свил със същия брой пъти като лентата в референтната система на хамбара. Това означава, че в референтната рамка на пръта плевнята е намалена до 3,6 метра. Сега, в референтната рамка на пръта, няма начин прътът да влезе в бараката. В една референтна система се вписва, в друга референтна система не се вписва. Някакви глупости.

Ясно е, че такава теория не може да бъде вярна - изглежда на пръв поглед. Обяснението обаче е просто. Когато видите прът и кажете: „Това е дадена дължина“, това означава, че получавате сигнал от този и този край на пръта едновременно. Тоест, когато казвам, че прътът се вписва в хамбара, движейки се с някаква скорост, това означава, че събитието на съвпадението на този край на пръта с този край на хамбара е едновременно със събитието на съвпадението на този край на пръта с този край на хамбара. Тези две събития са едновременни в рамката на хамбара. Но вероятно сте чували, че в теорията на относителността едновременността е относителна. Така се оказва, че тези две събития не са едновременни в референтната система на пръта. Просто първо десният край на пръта съвпада с десния край на навеса, след това левият край на пръта съвпада с левия край на навеса след определен период от време. Този период от време е точно равен на времето, за което тези 10 метра минус 3,6 метра ще прелетят през края на пръта с тази зададена скорост.

Най-често теорията на относителността се опровергава поради това, че подобни парадокси се измислят много лесно за нея. Има много такива парадокси. Има такава книга от Тейлър и Уилър „Физика на пространство-времето“, тя е написана на доста достъпен език за ученици, където по-голямата част от тези парадокси се анализират и обясняват с помощта на доста прости аргументи и формули, като това или онова Парадоксът се обяснява в рамките на теорията на относителността.

Човек може да измисли някакъв начин за обяснение на всеки даден факт, който изглежда по-прост от начина, по който теорията на относителността предоставя. Важно свойство на специалната теория на относителността обаче е, че тя обяснява не всеки отделен факт, а цялата съвкупност от факти, взети заедно. Сега, ако излезете с обяснение за единичен факт, изолиран от целия този набор, нека той да обясни този факт по-добре от специалната теория на относителността, според вас, но все пак трябва да проверите дали обяснява всички останали факти също. И по правило всички тези обяснения, които звучат по-просто, не обясняват всичко останало. И трябва да помним, че в момента, в който се измисля тази или онази теория, това наистина е някакъв психологически, научен подвиг. Защото има един, два или три факта в този момент. И така, човек на базата на това едно или три наблюдения формулира своята теория.

В този момент изглежда, че тя противоречи на всичко, което се е знаело преди, ако теорията е кардинална. Измислят се такива парадокси, за да го опровергаят и т.н. Но като правило тези парадокси се обясняват, появяват се нови допълнителни експериментални данни, проверява се дали отговарят на тази теория. Също така някои прогнози следват от теорията. Тя се основава на някакви факти, тя твърди нещо, нещо може да бъде изведено от това твърдение, получено и тогава може да се каже, че ако тази теория е вярна, тогава трябва да е така и така. Да отидем да видим дали е вярно или не. Така че. Така че теорията е добра. И така до безкрайност. По принцип са нужни безкрайно много експерименти, за да се потвърди една теория, но в момента в областта, в която са приложими специалната и общата теория на относителността, няма факти, които да опровергаят тези теории.