Dvynių paradoksas (minčių eksperimentas): paaiškinimas. Dvynių paradoksas arba Laikrodžio paradoksas Einšteino dvynių paradoksas

Vadinamasis „laikrodžio paradoksas“ buvo suformuluotas (1912 m., Paul Langevin) praėjus 7 metams po specialiosios reliatyvumo teorijos sukūrimo ir rodo tam tikrus „prieštaravimus“ naudojant reliatyvistinį laiko išsiplėtimo efektą. Siekiant palengvinti kalbą ir „Didesnis aiškumas“ laikrodžio paradoksas taip pat suformuluotas kaip „dvynių paradoksas“. Aš taip pat naudoju šią formuluotę. Iš pradžių paradoksas buvo aktyviai aptariamas mokslinėje literatūroje, o ypač populiariojoje literatūroje. Šiuo metu dvynių paradoksas laikomas visiškai išspręstu, jame nėra jokių nepaaiškintų problemų, praktiškai išnykęs iš mokslinės ir net populiariosios literatūros puslapių.

Atkreipiu jūsų dėmesį į dvynių paradoksą, nes priešingai nei buvo pasakyta aukščiau, jame „vis dar yra“ nepaaiškintų problemų ir jis ne tik „neišspręstas“, bet iš esmės negali būti išspręstas Einšteino reliatyvumo teorijos rėmuose, t.y. Šis paradoksas yra ne tiek „dvynių paradoksas reliatyvumo teorijoje“, kiek „pačios Einšteino reliatyvumo teorijos paradoksas“.

Dvynių paradokso esmė yra tokia. Leisti P(keliautojas) ir D(namų) broliai dvyniai. P leidžiasi į ilgą kosminę kelionę, ir D lieka namuose. Su laiku P grįžta. Didžiąją kelio dalį P juda pagal inerciją, pastoviu greičiu (įsibėgėjimo, stabdymo, stabdymo laikas yra nereikšmingas lyginant su visu kelionės laiku ir mes jo nepaisome). Judėjimas pastoviu greičiu yra santykinis, t.y. Jeigu P nutolsta (artėja, yra ramybės būsenoje) santykyje D, tada D taip pat tolstant (artėjant, ramybės būsenoje) santykyje su P pavadinkim simetrija dvyniai. Be to, pagal SRT, laikas P, žiūrint iš taško D, teka lėčiau nei reikiamu laiku D, t.y. nuosavas kelionės laikas P trumpesnis laukimo laikas D. Šiuo atveju jie sako, kad grįžus P jaunesnis D . Šis teiginys pats savaime nėra paradoksas, jis yra reliatyvistinio laiko išsiplėtimo pasekmė. Paradoksas yra tas D, dėl simetrijos, galbūt su ta pačia teise , laiko save keliautoju ir P namų šeimininkas, o tada D jaunesnis P .

Visuotinai priimtas (kanoninis) paradokso sprendimas šiandien susiveda į tai, kad pagreičiai P negalima nepaisyti, t.y. jo atskaitos sistema nėra inercinė, jos atskaitos sistemoje kartais atsiranda inercinių jėgų, todėl nėra simetrijos. Be to, atskaitos sistemoje P pagreitis prilygsta gravitacinio lauko atsiradimui, kuriame laikas taip pat sulėtėja (tai remiasi bendra reliatyvumo teorija). Taigi laikas P sulėtėja kaip atskaitos sistemoje D(pagal degalinę, kada P juda pagal inerciją) ir atskaitos sistemoje P(pagal bendrąjį reliatyvumą, kai jis greitėja), t.y. laiko išsiplėtimas P tampa absoliutus. Galutinė išvada : P, grįžęs, jaunesnis D, ir tai nėra paradoksas!

Tai, kartojame, yra kanoninis dvynių paradokso sprendimas. Tačiau visuose tokiuose mums žinomuose samprotavimuose neatsižvelgiama į vieną „mažą“ niuansą - reliatyvistinis laiko išsiplėtimo efektas yra KINEMATINIS EFEKTAS (Einšteino straipsnyje pirmoji dalis, kurioje išvedamas laiko išsiplėtimo efektas, yra vadinama „kinematine dalimi“). Kalbant apie mūsų dvynius, tai reiškia, kad, pirma, yra tik du dvyniai ir NĖRA KITO, ypač nėra absoliučios erdvės, antra, dvyniai (skaitykite Einšteino laikrodžius) neturi masės. Tai būtinas ir pakankamas sąlygas dvynių paradokso formuluotės. Bet kokios papildomos sąlygos veda į „dar vieną dvynių paradoksą“. Žinoma, galima suformuluoti ir tada išspręsti „kitus dvynių paradoksus“, bet tuomet reikia atitinkamai panaudoti „kitus reliatyvistinius laiko išsiplėtimo efektus“, pavyzdžiui, formuluoti ir įrodyti kad reliatyvistinis laiko išsiplėtimo efektas pasireiškia tik absoliučioje erdvėje arba tik su sąlyga, kad laikrodis turi masę ir pan. Kaip žinoma, Einšteino teorijoje nieko panašaus nėra.

Dar kartą pereikime prie kanoninių įrodymų. P karts nuo karto įsibėgėja... Pagreitina palyginti su kuo? Tik kito dvynio atžvilgiu(kito tiesiog nėra. Tačiau visuose kanoniniuose samprotavimuose numatytas daroma prielaida apie kito „aktoriaus“ egzistavimą, kurio nėra nei paradokso formuluotėje, nei Einšteino teorijoje, absoliučioje erdvėje ir tada P pagreitėja šios absoliučios erdvės atžvilgiu, tuo tarpu D yra ramybės būsenoje tos pačios absoliučios erdvės atžvilgiu; yra simetrijos pažeidimas). Bet kinematiškai pagreitis yra santykinai toks pat kaip greitis, t.y. jei keliautojas dvynys įsibėgėja (pasišalina, artėja arba ilsisi) savo brolio atžvilgiu, tai namuose esantis brolis lygiai taip pat pagreitina (išsitraukia, artėja ar ilsisi) savo brolio keliautojo atžvilgiu, simetrija šiuo atveju taip pat nepažeidžiama (!). Įsibėgėjusio brolio atskaitos sistemoje neatsiranda jokių inercinių jėgų ar gravitacinių laukų ir dėl to, kad dvyniams trūksta masės. Dėl tos pačios priežasties bendroji reliatyvumo teorija čia netaikytina. Taigi, dvynių simetrija nėra pažeista, ir Dvynių paradoksas lieka neišspręstas . Einšteino reliatyvumo teorijos rėmuose. Ginant šią išvadą galima pateikti grynai filosofinį argumentą: kinematinis paradoksas turi būti išspręstas kinematiškai , ir nedera įtraukti kitų, dinamiškų teorijų, kad tai išspręstų, kaip tai daroma kanoniniuose įrodymuose. Baigdamas norėčiau pažymėti, kad dvynių paradoksas yra ne fizinis, o mūsų logikos paradoksas ( aporia Zenono aporijos tipas) taikomas konkrečios pseudofizinės situacijos analizei. Tai savo ruožtu reiškia, kad taip pat neturėtų būti naudojami jokie argumentai, tokie kaip tokios kelionės techninio įgyvendinimo galimybė arba neįmanoma, galimas dvynių bendravimas keičiantis šviesos signalais, atsižvelgiant į Doplerio efektą ir kt. išspręsti paradoksą (ypač nenusidedant logikai , galime apskaičiuoti pagreičio laiką P nuo nulio iki kreiserinio greičio, posūkio laikas, stabdymo laikas artėjant prie Žemės, kiek norima, net „akimirksniu“).

Kita vertus, pati Einšteino reliatyvumo teorija nurodo kitą, visiškai kitokį dvynių paradokso aspektą. Tame pačiame pirmajame straipsnyje apie reliatyvumo teoriją (SNT, t. 1, p. 8) Einšteinas rašo: „Turime atkreipti dėmesį į tai, kad visi mūsų sprendimai, kuriuose laikas vaidina kokį nors vaidmenį, visada yra sprendimai apie vienu metu vykstantys įvykiai(Einšteino kursyvas).“ (Tam tikra prasme mes einame toliau nei Einšteinas, tikėdami įvykių vienalaikiškumu būtina sąlyga realybeįvykius.) Mūsų dvynių atžvilgiu tai reiškia štai ką: kiekvieno iš jų atžvilgiu – jo brolis visada vienu metu su juo (t. y. tikrai egzistuoja), nesvarbu, kas jam nutiktų. Tai nereiškia, kad laikas, praėjęs nuo kelionės pradžios, jiems yra vienodas, kai jie yra skirtinguose erdvės taškuose, tačiau jis turi būti absoliučiai toks pat, kai jie yra tame pačiame erdvės taške. Pastarasis reiškia, kad jų amžius buvo vienodas kelionės pradžioje (jie yra dvyniai), kai jie buvo tame pačiame erdvės taške, tada jų amžius pasikeitė vieno iš jų kelionės metu, priklausomai nuo jos greičio ( reliatyvumo teorija nebuvo atšaukta), kai jie buvo skirtinguose erdvės taškuose, o kelionės pabaigoje vėl tapo vienodi, kai vėl atsidūrė tame pačiame erdvės taške. Žinoma, jie abu paseno , tačiau senėjimo procesas joms galėjo vykti skirtingai, vienų ar kitų požiūriu, bet galiausiai jie sensta vienodai. Atkreipkite dėmesį, kad ši nauja situacija dvyniams vis dar yra simetriška. Dabar, atsižvelgiant į paskutines pastabas, dvynių paradoksas tampa kokybiškai kitoks iš esmės neišsprendžiamas Einšteino specialiosios reliatyvumo teorijos rėmuose.

Pastaroji (kartu su daugybe panašių „teiginių“ į Einšteino SRT, žr. mūsų knygos XI skyrių arba anotaciją prie jo straipsnyje „Šiuolaikinės gamtos filosofijos matematiniai principai“ šioje svetainėje) neišvengiamai lemia poreikį peržiūrėti specialioji reliatyvumo teorija. Savo darbo nelaikau SRT paneigimu ir, be to, visai jo atsisakyti neskatinu, o siūlau toliau plėtoti, siūlau naują „Specialioji reliatyvumo teorija(SRT* naujas leidimas)“, kuriame, visų pirma, tiesiog nėra „dvynių paradokso“ kaip tokio (tiems, kurie dar nesusipažino su straipsniu „Specialiosios“ reliatyvumo teorijos“, informuoju, kad m. Naujoji specialioji laiko reliatyvumo teorija lėtėja, tik tada, kai juda inercinė sistema artėjantį nejudantį ir laiką įsibėgėja, kai juda atskaitos sistema ištrintas nuo nejudėjimo ir dėl to laiko pagreitį pirmoje kelionės pusėje (tolstant nuo Žemės) kompensuoja laiko sulėtėjimas antroje pusėje (artėjant prie Žemės), ir nėra lėto senėjimo. keliautojas dvynys, jokių paradoksų. Ateities keliautojams nereikia bijoti, kad grįžę jie atsidurs tolimoje Žemės ateityje!). Taip pat buvo sukurtos dvi iš esmės naujos reliatyvumo teorijos, kurios neturi analogų, „Specialioji bendroji“ reliatyvumo teorija(SOTO)" ir „Ketvirtinė visata“(Visatos kaip „nepriklausomos reliatyvumo teorijos“ modelis). Šioje svetainėje buvo paskelbtas straipsnis „Specialiosios“ reliatyvumo teorijos. Šį straipsnį skyriau būsimam 100-osios reliatyvumo teorijos metinės . Kviečiu pakomentuoti mano idėjas, taip pat reliatyvumo teoriją jos 100-mečio proga.

Myasnikovas Vladimiras Makarovičius [apsaugotas el. paštas]
2004 m. rugsėjo mėn

Papildymas (pridėtas 2007 m. spalio mėn.)

Dvynių „paradoksas“ SRT*. Jokių paradoksų!

Taigi, dvynių simetrija yra nepanaikinama dvynių problemoje, kuri Einšteino SRT veda į neišsprendžiamą paradoksą: tampa akivaizdu, kad modifikuotas SRT be dvynių paradokso turėtų duoti rezultatą. T (P) = T (D), kuris, beje, visiškai atitinka mūsų sveiką protą. Tokios išvados buvo padarytos naujame STO* leidime.

Priminsiu, kad STR*, skirtingai nei Einšteino STR, laikas sulėtėja tik judančiajai atskaitos sistemai priartėjus prie stacionarios, ir pagreitėja judančiajai atskaitos sistemai tolstant nuo stacionarios. Jis suformuluotas taip (žr. (7) ir (8) formules:

Išsiaiškinkime inercinės atskaitos sistemos sąvoką, kuri atsižvelgia į neatskiriamą erdvės ir laiko vienybę SRT*. Aš apibrėžiu inercinę atskaitos sistemą (žr. Reliatyvumo teorija, nauji požiūriai, naujos idėjos. arba Erdvė ir eteris matematikoje ir fizikoje.) kaip atskaitos tašką ir jo kaimynystę, kurios visi taškai nustatomi iš atskaitos taško ir erdvės. kuri yra vienalytė ir izotropinė. Tačiau neatskiriama erdvės ir laiko vienybė būtinai reikalauja, kad erdvėje fiksuotas atskaitos taškas taip pat būtų fiksuotas laike, kitaip tariant, atskaitos taškas erdvėje turi būti ir laiko atskaitos taškas.

Taigi manau, kad su dviem fiksuotomis atskaitos sistemomis susietos D: stacionari atskaitos sistema paleidimo momentu (atskaitos sistema gedintojas D) ir stacionari atskaitos sistema finišo momentu (atskaitos sistema sveikina D). Šių atskaitos sistemų išskirtinis bruožas yra tas, kad yra atskaitos sistemoje gedintojas D laikas teka iš pradinio taško į ateitį, o kelias, kurį nukeliauja raketa su P auga, nesvarbu kur ir kaip juda, t.y. šioje atskaitos sistemoje P tolsta nuo D tiek erdvėje, tiek laike. Referencinėje sistemoje sveikina D- laikas teka iš praeities į pradinį tašką ir artėja susitikimo momentas, o raketos kelias su P sumažėja iki atskaitos taško, t.y. šioje atskaitos sistemoje P artėjant D tiek erdvėje, tiek laike.

Grįžkime prie savo dvynių. Primenu, kad aš į dvynių problemą žiūriu kaip į logikos problemą ( aporia Zenono aporijos tipas) pseudofizinėmis kinematikos sąlygomis, t.y. Aš tikiu tuo P visą laiką juda pastoviu greičiu, pasikliaudamas įsibėgėjimo laiku greitėjimo, stabdymo ir pan. nereikšmingas (nulis).

Du dvyniai P(keliautojas) ir D(namiškiai) aptarinėja būsimą skrydį Žemėje Pį žvaigždę Z, esantis per atstumą L iš Žemės ir atgal, pastoviu greičiu V. Numatomas skrydžio laikas nuo pradžios Žemėje iki pabaigos Žemėje P V jo atskaitos sistema lygus T=2L/V. Bet į atskaitos sistema gedintojas D P pašalinamas, todėl jo skrydžio laikas (laikas, kurį jis laukia Žemėje) yra lygus (žr. (!!)), o šis laikas yra žymiai trumpesnis T, t.y. Laukimo laikas yra trumpesnis nei skrydžio laikas! Paradoksas? Žinoma, ne, nes ši visiškai teisinga išvada „liko“. atskaitos sistema gedintojas D . Dabar D susitinka P jau kitame atskaitos sistema sveikina D , ir šioje atskaitos sistemoje P artėja, o jo laukimo laikas yra lygus, vadovaujantis (!!!), t.y. nuosavas skrydžio laikas P ir savo laukimo laiką D susilyginti. Jokių prieštaravimų!

Siūlau apsvarstyti konkretų (žinoma, psichinį) „eksperimentą“, suplanuotą kiekvienam dvyniui laiku ir bet kokia atskaitos sistema. Norėdami būti konkretūs, leiskite žvaigždei Z nutolęs nuo Žemės per atstumą L= 6 šviesmečiai. Paleisk P pastoviu greičiu skraido pirmyn ir atgal raketa V = 0,6 c. Tada savas skrydžio laikas T = 2L/V= 20 metų. Taip pat paskaičiuokime ir (žr. (!!) ir (!!!)). Taip pat susitarkime, kad kas 2 metus, kontroliniais laiko momentais, P pasiųs signalą (šviesos greičiu) į Žemę. „Eksperimentas“ susideda iš signalų priėmimo laiko Žemėje registravimo, jų analizės ir palyginimo su teorija.

Visi matavimo duomenys laiko momentais pateikti lentelėje:

Stulpeliuose su skaičiais 1 - 7 suteikiama: 1. Laiko atskaitos taškai (metais) raketos atskaitos rėme. Šios akimirkos fiksuoja laiko intervalus nuo paleidimo momento arba raketos laikrodžio rodmenis, kurie paleidimo momentu yra „nulis“. Kontroliniai laiko taškai nustato raketoje signalo siuntimo į Žemę momentus. 2. Tie patys valdymo taškai laike, bet atskaitos sistemoje gedintojas dvynys(kur „nulis“ taip pat nustatytas raketos paleidimo momentu). Jie nustatomi (!!) atsižvelgiant į . 3. Atstumai nuo raketos iki Žemės šviesmečiais valdymo taškuose arba atitinkamo signalo sklidimo laikas (metais) nuo raketos iki Žemės 4. atskaitos sistemoje gedintojas dvynys. Apibrėžiamas kaip kontrolinis laiko taškas lydinčio dvynio atskaitos sistemoje (stulpelis 2 3 ). 5. Tie patys valdymo taškai laike, bet dabar atskaitos sistemoje sveikintojai dvynys. Šios atskaitos sistemos ypatumas yra tas, kad dabar „nulis“ laikas nustatomas raketos finišo momentu, o visi laiko valdymo momentai yra praeityje. Priskiriame jiems minuso ženklą ir, atsižvelgdami į laiko krypties nekintamumą (iš praeities į ateitį), keičiame jų seką stulpelyje į priešingą. Šių laikų absoliučios vertės randamos iš atitinkamų verčių atskaitos sistemoje gedintojas dvynys(stulpelis 2 ) daugyba iš (žr. (!!!)). 6. Atitinkamo signalo priėmimo Žemėje momentas atskaitos sistemoje sveikintojai dvynys. Apibrėžiamas kaip atskaitos taškas laiku atskaitos sistemoje sveikintojai dvynys(stulpelis 5 ) plius atitinkamas signalo sklidimo iš raketos į Žemę laikas (stulpelis 3 ). 7. Realus signalo priėmimo laikas Žemėje. Faktas yra tas D nejuda erdvėje (Žemėje), bet juda realiu laiku ir signalo gavimo momentu nebėra atskaitos sistemoje gedintojas dvynys, Bet atskaitos sistemoje laiko taškas signalo priėmimas. Kaip nustatyti šį momentą realiuoju laiku? Signalas pagal sąlygą sklinda šviesos greičiu, o tai reiškia, kad du įvykiai A = (Žemė tuo metu, kai gaunamas signalas) ir B = (erdvės taškas, kuriame raketa yra tuo momentu, kai siunčiamas signalas) (primenu, kad įvykis erdvėje – laikas vadinamas tašku tam tikru laiko momentu) yra vienu metu, nes Δx = cΔt, kur Δx – erdvinis atstumas tarp įvykių, o Δt – laiko atstumas, t.y. signalo sklidimo iš raketos į Žemę laikas (žr. vienalaikiškumo apibrėžimą „Specialiosiose“ reliatyvumo teorijose, (5) formulė). O tai, savo ruožtu, reiškia D, turėdamas vienodą teisę, gali laikyti save ir įvykio A atskaitos sistemoje, ir įvykio B atskaitos sistemoje. Pastaruoju atveju raketa artėja ir pagal (!!!) visus laiko intervalus (aukštyn iki šio valdymo momento) atskaitos sistemoje gedintojas dvynys(stulpelis 2 ) reikia padauginti iš ir pridėti atitinkamą signalo sklidimo laiką (stulpelis 3 ). Tai galioja bet kuriam kontroliniam laiko taškui, įskaitant galutinį, t.y. kelionės pabaiga P. Taip apskaičiuojamas stulpelis 7 . Natūralu, kad tikrieji signalo priėmimo momentai nepriklauso nuo jų apskaičiavimo būdo, tai rodo tikrasis stulpelių sutapimas 6 Ir 7 .

Apsvarstytas „eksperimentas“ tik patvirtina pagrindinę išvadą, kad paties keliautojo dvynio skrydžio laikas (jo amžius) ir dvynių, esančių namuose, laukimo laikas (jo amžius) sutampa ir nėra jokių prieštaravimų! „Prieštaravimai“ kyla tik kai kuriose atskaitos sistemose, pavyzdžiui, atskaitos sistemoje gedintojas dvynys, tačiau tai jokiu būdu neturi įtakos galutiniam rezultatui, nes šioje atskaitos sistemoje dvyniai iš esmės negali susitikti, tuo tarpu atskaitos sistemoje sveikintojai dvynys, kur iš tikrųjų susitinka dvyniai, nebėra jokių prieštaravimų. Aš kartoju: Ateities keliautojams nereikia bijoti, kad grįžę į Žemę jie atsidurs tolimoje jos ateityje!

2007 m. spalio mėn

Pirmiausia išsiaiškinkime, kas yra dvyniai ir kas yra dvyniai. Abi gimsta tai pačiai motinai beveik vienu metu. Tačiau nors dvyniai gali turėti skirtingą ūgį, svorį, veido bruožus ir charakterį, dvyniai praktiškai nesiskiria. Ir tam yra griežtas mokslinis paaiškinimas.

Faktas yra tas, kad gimus dvyniams apvaisinimo procesas galėjo vykti dviem būdais: arba kiaušialąstę tuo pačiu metu apvaisino du spermatozoidai, arba jau apvaisintas kiaušinėlis suskilo į dvi dalis ir kiekviena pusė pradėjo vystytis į savarankišką. vaisius. Pirmuoju atveju, kurį nesunku atspėti, gimsta vienas nuo kito skirtingi dvyniai, antruoju – vienas į kitą absoliučiai panašūs monozigotiniai dvyniai. Ir nors šie faktai mokslininkams žinomi jau seniai, priežastys, provokuojančios dvynių atsiradimą, dar nėra iki galo išaiškintos.

Tiesa, pastebėta, kad bet koks stresas gali lemti spontanišką kiaušinėlio dalijimąsi ir dviejų vienodų embrionų atsiradimą. Tai paaiškina padidėjusį dvynių gimimų skaičių karo ar epidemijų laikotarpiais, kai moters organizmas patiria nuolatinį nerimą. Be to, vietovės geologinės ypatybės taip pat turi įtakos dvynių statistikai. Pavyzdžiui, jie dažniau gimsta vietose, kuriose yra padidėjęs biopatogeninis aktyvumas arba rūdos telkinių...

Daugelis žmonių apibūdina neaiškų, bet nuolatinį jausmą, kad kažkada turėjo dvynį, kuris dingo. Tyrėjai mano, kad šis teiginys nėra toks keistas, kaip gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio. Dabar įrodyta, kad pastojimo metu išsivysto daug daugiau dvynių – ir identiškų, ir tiesiog dvynių – nei gimsta. Mokslininkai apskaičiavo, kad 25–85% nėštumų prasideda dviem embrionais, bet baigiasi vienu vaiku.

Štai tik du iš šimtų ir tūkstančių gydytojams žinomų pavyzdžių, patvirtinančių šią išvadą...

Trisdešimtmetis Maurice'as Tomkinsas, besiskundžiantis dažnais galvos skausmais, gavo nuviliančią diagnozę – smegenų auglys. Buvo nuspręsta atlikti operaciją. Atsivėrus augliui, chirurgai buvo priblokšti: paaiškėjo, kad tai ne piktybinis auglys, kaip manyta anksčiau, bet ne ištirpusios brolio dvynių kūno liekanos. Tai įrodė plaukai, kaulai, raumenų audiniai, rasti smegenyse...

Panašus darinys, tik kepenyse, rastas pas devynmetę moksleivę iš Ukrainos. Perpjovus iki futbolo kamuolio dydžio auglį, nustebusių gydytojų akyse atsivėrė baisus vaizdas: iš vidaus kyšo kaulai, ilgi plaukai, dantys, kremzlės, riebalinis audinys, odos gabalėliai. ...

Tai, kad nemaža dalis apvaisintų kiaušialąsčių iš tikrųjų pradeda vystytis nuo dviejų embrionų, patvirtino ultragarsiniai dešimčių ir šimtų moterų nėštumo eigos tyrimai. Taigi 1973 metais amerikiečių gydytojas Lewisas Helmanas pranešė, kad iš 140 jo ištirtų didelės rizikos nėštumų 22 prasidėjo dviem embrioniniais maišeliais – 25% daugiau nei tikėtasi. 1976 m. daktaras Salvator Levy iš Briuselio universiteto paskelbė savo nuostabią statistiką apie 7000 nėščių moterų ultragarsinių tyrimų. Stebėjimai, atlikti per pirmąsias 10 nėštumo savaičių, parodė, kad 71% atvejų buvo du embrionai, bet gimė tik vienas vaikas. Levy teigimu, antrasis embrionas paprastai išnykdavo be pėdsakų iki trečio nėštumo mėnesio. Daugeliu atvejų, mokslininko nuomone, jį pasisavina motinos organizmas. Kai kurie mokslininkai teigė, kad galbūt tai yra natūralus būdas pašalinti pažeistą embrioną ir taip išsaugoti sveiką.

Kitos hipotezės šalininkai šį reiškinį aiškina tuo, kad daugiavaisis nėštumas yra būdingas visų žinduolių prigimčiai. Tačiau dideliems klasės atstovams dėl to, kad jie atsiveda didesnius jauniklius, embriono formavimosi stadijoje jis tampa pavienis. Mokslininkai savo teorinėse konstrukcijose nuėjo dar toliau, teigdami: „Taip, iš tiesų, apvaisintas kiaušinėlis visada sudaro du embrionus, iš kurių tik vienas, stipriausias, išgyvena. Tačiau kitas embrionas visai netirpsta, o jį sugeria gyvas brolis. Tai yra, pirmosiose nėštumo stadijose tikras embrioninis kanibalizmas pasireiškia moters įsčiose. Pagrindinis argumentas šios hipotezės naudai yra tai, kad ankstyvosiose nėštumo stadijose dvynių embrionai registruojami daug dažniau nei vėlesniais laikotarpiais. Anksčiau buvo manoma, kad tai ankstyvos diagnostikos klaidos. Dabar, sprendžiant iš aukščiau pateiktų faktų, šis statistinių duomenų neatitikimas buvo visiškai paaiškintas.

Kartais dingęs dvynys apie save praneša labai originaliai. Kai pastojo Patricia McDonell iš Anglijos, ji sužinojo, kad turi ne vieną kraujo grupę, o dvi: 7% A tipo ir 93% 0. A tipo kraujas buvo jos. Tačiau didžioji dalis kraujo, cirkuliuojančio per Patricijos kūną, buvo iš dar negimusio brolio dvynio, kurį ji sugėrė savo motinos įsčiose. Tačiau po dešimtmečių jo palaikai ir toliau gamino savo kraują.

Suaugę dvyniai taip pat demonstruoja daug įdomių bruožų. Tai galite patikrinti naudodami toliau pateiktą pavyzdį.

„Džimas dvyniai“ buvo atskirti gimdami, augo atskirai ir tapo sensacijomis, kai surado vienas kitą. Abu turėjo tą patį vardą, abu buvo vedę moteris vardu Linda, su kuria išsiskyrė. Kai abu susituokė antrą kartą, jų žmonos taip pat turėjo tą patį vardą – Betty. Kiekvienas turėjo šunį vardu Toy. Abu dirbo šerifo pavaduotojais ir McDonald's bei degalinėse. Jie atostogas praleido Sankt Peterburgo (Florida) paplūdimyje ir vairavo „Chevrolet“. Jiedu graužė nagus, gėrė Miller alų ir savo soduose prie medžio pasistatė baltus suolus.

Psichologas Thomas J. Bochardas jaunesnysis visą savo gyvenimą paskyrė dvynių elgesio panašumui ir skirtumams. Remdamasis dvynių, kurie nuo ankstyvos vaikystės buvo auginami skirtingose ​​šeimose ir skirtingoje aplinkoje, stebėjimais, jis padarė išvadą, kad paveldimumas vaidina daug didesnį vaidmenį, nei manyta anksčiau, formuojant asmenybės bruožus, jos intelektą ir psichiką bei jautrumą tam tikros ligos. Daugelis jo tirtų dvynių, nepaisant reikšmingų auklėjimo skirtumų, pasižymėjo labai panašiais elgesio bruožais.

Pavyzdžiui, Jackas Yufas ir Oscaras Storchas, gimę 1933 metais Trinidade, buvo atskirti iškart po gimimo. Sulaukę dvidešimties metų jie susitiko tik kartą. Jiems buvo 45 metai, kai jie vėl susitiko Bocharde 1979 m. Abu pasirodė turintys ūsus, vienodus akinius plonais metaliniais rėmeliais, mėlynus marškinius su dvigubomis kišenėmis ir petnešėlėmis. Oskaras, užaugintas savo vokietės motinos ir jos šeimos katalikų tikėjimu, fašizmo laikais prisijungė prie Hitlerjugendo. Džeką Trinidade užaugino jo tėvas žydas, o vėliau gyveno Izraelyje, kur dirbo prie kibuco ir tarnavo Izraelio kariniame jūrų laivyne. Džekas ir Oskaras išsiaiškino, kad nepaisant skirtingų gyvenimo sąlygų, jie turi tuos pačius įpročius. Pavyzdžiui, jie abu mėgo garsiai skaityti lifte, kad pamatytų, kaip reaguos kiti. Jie abu skaitė žurnalus nugaromis, buvo griežtai nusiteikę, ant riešų segėjo gumines juosteles ir prieš naudodamiesi tualetu nuleisdavo vandenį. Kitos tirtos dvynių poros elgėsi labai panašiai. Bridget Harrison ir Dorothy Lowe, gimusios 1945 m. ir išsiskyrusios, kai joms buvo savaitė, atvyko į Bochardą su laikrodžiu ir apyrankėmis vienoje rankoje, dviem apyrankėmis ir septyniais žiedais kitoje. Vėliau paaiškėjo, kad kiekviena iš seserų turėjo katę, vardu Tigras, kad Dorotės sūnus buvo vardu Richardas Andrew, o Bridžitos sūnus – Andrew Richardas. Tačiau įspūdingiau buvo tai, kad abu, sulaukę penkiolikos metų, rašė dienoraštį, o paskui beveik vienu metu šios veiklos atsisakė. Jų dienoraščiai buvo tos pačios rūšies ir spalvos. Be to, nors įrašų turinys ir skyrėsi, jie buvo saugomi arba praleisti tomis pačiomis dienomis. Atsakydamos į psichologų klausimus, daugelis porų baigdavo atsakymus vienu metu ir dažnai atsakydamos darydavo tas pačias klaidas. Tyrimas atskleidė dvynių kalbėjimo, gestikuliavimo ir judėjimo panašumą. Taip pat buvo nustatyta, kad identiški dvyniai net miega vienodai, o jų miego fazės sutampa. Manoma, kad jie gali susirgti tomis pačiomis ligomis.

Šį tyrimą apie dvynius galime užbaigti Luigi Gelda žodžiais, kurie pasakė: „Jei vieno dantyse yra skylė, tai kito tame pačiame dantyje yra skylė arba netrukus atsiras“.

Ar norite visus nustebinti savo jaunyste? Leiskitės į ilgą kosminį skrydį! Nors grįžus greičiausiai neliks kam stebėtis...

Išanalizuokime istoriją du broliai dvyniai.
Vienas iš jų, „keliautojas“, leidžiasi į kosminį skrydį (kur raketų greitis yra artimas šviesai), antrasis, „namų kūnas“, lieka Žemėje. Koks klausimas? - brolių amžiuje!
Ar po kosminių kelionių jie išliks tokio pat amžiaus, ar vienas iš jų (ir kas tiksliai) taps vyresni?

1905 metais Albertas Einšteinas suformulavo specialiąją reliatyvumo teoriją (STR). reliatyvistinis laiko išsiplėtimo efektas, pagal kurią inercinio atskaitos kadro atžvilgiu judantys laikrodžiai veikia lėčiau nei stacionarūs laikrodžiai ir rodo trumpesnį laiko tarpą tarp įvykių. Be to, šis sulėtėjimas pastebimas esant beveik šviesos greičiui.

Būtent po to, kai Einšteinas pasiūlė SRT, prancūzų fizikas Paulas Langevinas suformulavo „dvynių paradoksas“ (arba kitaip „laikrodžio paradoksas“). Dvynių paradoksas (kitaip – ​​laikrodžio paradoksas) – minties eksperimentas, kurio pagalba jie bandė paaiškinti SRT iškilusius prieštaravimus.

Taigi, grįžkime prie brolių dvynių!

Sofos bulvytei turėtų atrodyti, kad judančio keliautojo laikrodis eina lėtai, todėl jam grįžus jis turėtų atsilikti nuo sofos bulvytės laikrodžio.
Kita vertus, Žemė juda keliautojo atžvilgiu, todėl jis mano, kad sofos bulvės laikrodis turėtų atsilikti.

Bet abu broliai negali būti vyresni už kitą tuo pačiu metu!
Tai yra paradoksas...

Žiūrint iš požiūrio, kuris egzistavo tuo metu, kai atsirado „dvynių paradoksas“, šioje situacijoje iškilo prieštaravimas.

Tačiau paradoksas kaip toks iš tikrųjų neegzistuoja, nes turime prisiminti, kad STR yra inercinių atskaitos sistemų teorija! O, bent vieno iš dvynių atskaitos sistema nebuvo inercinė!

Pagreičio, stabdymo ar posūkio etapuose keliautojas patyrė pagreitį, todėl šiais momentais STO nuostatos netaikomos.

Čia reikia naudoti Bendroji reliatyvumo teorija, kur skaičiavimų pagalba įrodoma, kad:

Mes grįšime, į klausimą apie laiko išsiplėtimą skrydžio metu!
Jei šviesa nukeliauja kokiu nors keliu laiku t.
Tada laivo skrydžio trukmė „namų kūnui“ bus T = 2vt/s

O „keliautojui“ erdvėlaivyje pagal jo laikrodį (remiantis Lorentzo transformacija) praeis tik To=T kartų kvadratinė šaknis iš (1-v2/c2).
Dėl to laiko išsiplėtimo dydžio skaičiavimai (bendrojoje reliatyvumo teorijoje) nuo kiekvieno brolio padėties parodys, kad brolis keliautojas bus jaunesnis nei jo brolis, likęs namuose.

Pavyzdžiui, galite mintyse apskaičiuoti skrydį į Alpha Centauri žvaigždžių sistemą, kuri yra 4,3 šviesmečio atstumu nuo Žemės (šviesmečiai yra atstumas, kurį šviesa nukeliauja per metus). Tegul laikas matuojamas metais, o atstumai – šviesmečiais.

Tegul erdvėlaivis pajuda pusę kelio pagreičiu, artimu laisvojo kritimo pagreičiui, o antrąją pusę – tokiu pat pagreičiu. Grįždamas atgal, laivas kartoja įsibėgėjimo ir lėtėjimo etapus.

Šioje situacijoje skrydžio laikas žemės atskaitos rėme bus maždaug 12 metų, o pagal laikrodį laive – 7,3 metų. Didžiausias laivo greitis sieks 0,95 šviesos greičio.

Daugiau nei 64 metus savo laiko, erdvėlaivis su panašiu pagreičiu gali nukeliauti į Andromedos galaktiką (ten ir atgal). Tokio skrydžio metu Žemėje praeis apie 5 mln.

Istorijoje su dvyniais atlikti samprotavimai veda tik į akivaizdų loginį prieštaravimą. Kad ir kokia būtų „paradokso“ formuluotė, tarp brolių nėra visiškos simetrijos.

Svarbų vaidmenį suprasti, kodėl laikas sulėtėja būtent keliautojui, pakeitusiam savo atskaitos sistemą, vaidina įvykių vienalaikiškumo reliatyvumas.

Jau atlikti eksperimentai, skirti pailginti elementariųjų dalelių gyvavimo laiką ir sulėtinti laikrodį joms judant, patvirtina reliatyvumo teoriją.

Tai suteikia pagrindo teigti, kad pasakojime apie dvynius aprašytas laiko išsiplėtimas pasireikš ir realiai įgyvendinant šį minties eksperimentą.

Pagrindinis minties eksperimento, pavadinto „Dvynių paradoksu“, tikslas buvo paneigti specialiosios reliatyvumo teorijos (STR) logiką ir pagrįstumą. Iš karto verta paminėti, kad paradokso iš tikrųjų nėra, o pats žodis šioje temoje atsiranda dėl to, kad iš pradžių buvo neteisingai suprasta minties eksperimento esmė.

Pagrindinė SRT idėja

Paradoksas (dvynių paradoksas) teigia, kad „stacionarus“ stebėtojas judančių objektų procesus suvokia kaip lėtėjančius. Remiantis ta pačia teorija, inercinės atskaitos sistemos (sistemos, kuriose laisvųjų kūnų judėjimas vyksta tiesia linija ir tolygiai arba jie yra ramybės būsenoje) yra vienodos viena kitos atžvilgiu.

Dvynių paradoksas: trumpai

Atsižvelgiant į antrąjį postulatą, iškyla nenuoseklumo prielaida, kad šią problemą aiškiai išspręstume, pasiūlyta nagrinėti situaciją su dviem broliais dvyniais. Vienas (santykinai keliautojas) siunčiamas į skrydį į kosmosą, o kitas (naminis kūnas) paliekamas Žemės planetoje.

Dvynių paradokso formuluotė tokiomis sąlygomis dažniausiai skamba taip: anot namiškio, keliautojo laikrodyje laikas juda lėčiau, o tai reiškia, kad grįžus jo (keliautojo) laikrodis bus lėtesnis. Keliautojas, priešingai, mato, kad Žemė juda jo atžvilgiu (ant kurios sofos yra su laikrodžiu), ir, jo požiūriu, jo brolis turės laiko judėti lėčiau.

Realiai abu broliai yra vienodomis sąlygomis, o tai reiškia, kad kai jie atsidurs kartu, laikas jų laikrodžiuose bus toks pat. Tuo pačiu, pagal reliatyvumo teoriją, būtent brolio keliautojo laikrodis turėtų atsilikti. Toks akivaizdžios simetrijos pažeidimas buvo laikomas teorijos nenuoseklumu.

Dvynių paradoksas iš Einšteino reliatyvumo teorijos

1905 m. Albertas Einšteinas išvedė teoremą, teigiančią, kad jei viena su kita sinchronizuota laikrodžių pora yra taške A, vieną iš jų galima judinti kreiviniu uždaru keliu pastoviu greičiu, kol jie vėl pasieks tašką A (ir tai įvyks paimkite, pavyzdžiui, t sekundžių), tačiau atvykimo momentu jie rodys mažiau laiko nei laikrodis, kuris liko nejudantis.

Po šešerių metų Paulas Langevinas suteikė šiai teorijai paradokso statusą. „Įvyniotas“ į vizualią istoriją, greitai išpopuliarėjo net tarp mokslo nutolusių žmonių. Anot paties Langevino, teorijos neatitikimai buvo paaiškinti tuo, kad grįžęs į Žemę keliautojas judėjo pagreitintu tempu.

Po dvejų metų Maxas von Laue pateikė versiją, kad reikšmingi ne objekto pagreičio momentai, o tai, kad atsidūręs Žemėje jis patenka į kitokią inercinę atskaitos sistemą.

Galiausiai, 1918 m., pats Einšteinas sugebėjo paaiškinti dvynių paradoksą per gravitacinio lauko įtaką laikui bėgant.

Paradokso paaiškinimas

Dvynių paradokso paaiškinimas yra gana paprastas: pradinė dviejų atskaitos sistemų lygybės prielaida yra neteisinga. Keliautojas visą laiką nebuvo inercinėje atskaitos sistemoje (tas pats pasakytina ir apie istoriją su laikrodžiu).

Dėl to daugelis manė, kad specialioji reliatyvumo teorija negali būti naudojama norint teisingai suformuluoti dvynių paradoksą, nes priešingu atveju prognozės bus nenuoseklios.

Sukūrus viskas buvo išspręsta, ji tiksliai išsprendė esamą problemą ir galėjo patvirtinti, kad iš sinchronizuotų laikrodžių poros judantys atsiliks. Taigi iš pradžių paradoksali užduotis gavo įprastos statusą.

Prieštaringi klausimai

Yra pasiūlymų, kad pagreičio momentas yra pakankamai reikšmingas, kad pakeistų laikrodžio greitį. Tačiau daugybės eksperimentinių bandymų metu buvo įrodyta, kad veikiant pagreičiui, laiko judėjimas nei greitėja, nei lėtėja.

Dėl to trajektorijos segmentas, kuriuo vienas iš brolių įsibėgėjo, rodo tik tam tikrą asimetriją, atsirandančią tarp keliautojo ir sofos.

Tačiau šis teiginys negali paaiškinti, kodėl laikas sulėtėja judančiam objektui, o ne tam, kuris lieka ramybėje.

Testavimas pagal praktiką

Formulės ir teoremos tiksliai apibūdina dvynių paradoksą, tačiau nekompetentingam žmogui tai gana sunku. Tiems, kurie labiau linkę pasitikėti praktika, o ne teoriniais skaičiavimais, buvo atlikta daugybė eksperimentų, kurių tikslas buvo įrodyti arba paneigti reliatyvumo teoriją.

Vienu atveju jie buvo panaudoti, jie yra itin tikslūs, o minimaliai desinchronizacijai prireiks daugiau nei vieno milijono metų. Pasodinti į keleivinį lėktuvą, jie kelis kartus apskriejo Žemę ir tada rodė gana pastebimą atsilikimą nuo tų laikrodžių, kurie niekur neskrido. Ir tai nepaisant to, kad pirmojo laikrodžio pavyzdžio judėjimo greitis buvo toli nuo šviesos greičio.

Kitas pavyzdys: miuonų (sunkiųjų elektronų) gyvenimas ilgesnis. Šios elementarios dalelės yra kelis šimtus kartų sunkesnės už paprastas daleles, turi neigiamą krūvį ir susidaro viršutiniame žemės atmosferos sluoksnyje veikiant kosminiams spinduliams. Jų judėjimo Žemės link greitis yra tik šiek tiek mažesnis už šviesos greitį. Turint omenyje tikrąją jų gyvenimo trukmę (2 mikrosekundės), jie suirtų prieš prisiliesdami prie planetos paviršiaus. Tačiau skrydžio metu jie gyvena 15 kartų ilgiau (30 mikrosekundžių) ir vis tiek pasiekia savo tikslą.

Fizinė paradokso ir signalų mainų priežastis

Fizika paaiškina dvynių paradoksą labiau prieinama kalba. Kol vyksta skrydis, abu broliai dvyniai yra už vienas kito diapazono ir praktiškai negali patikrinti, ar jų laikrodžiai juda sinchroniškai. Tiksliai nustatyti, kiek sulėtėja keliautojo laikrodis, galite analizuodami signalus, kuriuos jie siunčia vienas kitam. Tai įprastiniai „tikslaus laiko“ signalai, išreikšti šviesos impulsais arba laikrodžio ciferblato vaizdo transliacija.

Turite suprasti, kad signalas bus perduodamas ne dabartiniu laiku, o praeityje, nes signalas sklinda tam tikru greičiu ir tam tikrą laiką nukeliauja nuo šaltinio iki imtuvo.

Teisingai įvertinti signalo dialogo rezultatą galima tik atsižvelgiant į Doplerio efektą: šaltiniui tolstant nuo imtuvo signalo dažnis mažės, o artėjant – didės.

Paaiškinimo formulavimas paradoksaliose situacijose

Norint paaiškinti tokių istorijų su dvyniais paradoksus, gali būti naudojami du pagrindiniai metodai:

1. Kruopštus esamų loginių struktūrų prieštaravimų tyrimas ir loginių klaidų nustatymas samprotavimo grandinėje.
2. Atlikti detalius skaičiavimus, siekiant įvertinti stabdymo laikui bėgant kiekvieno iš brolių požiūriu.

Pirmoji grupė apima skaičiavimo išraiškas, pagrįstas SRT ir įtrauktas į Čia suprantama, kad momentai, susiję su judėjimo pagreičiu, yra tokie maži, palyginti su visu skrydžio ilgiu, kad jų galima nepaisyti. Kai kuriais atvejais gali būti įvestas trečiasis inercinis atskaitos kadras, kuris juda priešinga kryptimi keliautojo link ir naudojamas duomenims iš jo laikrodžio perduoti į Žemę.

Antroji grupė apima skaičiavimus, pagrįstus tuo, kad vis dar yra pagreitinto judėjimo momentų. Pati ši grupė taip pat skirstoma į du pogrupius: vienas taiko gravitacinę teoriją (GR), o kitas – ne. Jei dalyvauja bendroji reliatyvumo teorija, tai daroma prielaida, kad lygtyje atsiranda gravitacinis laukas, atitinkantis sistemos pagreitį, ir atsižvelgiama į laiko greičio kitimą.

Išvada

Visos diskusijos, susijusios su įsivaizduojamu paradoksu, kyla tik dėl akivaizdžios loginės klaidos. Kad ir kaip būtų suformuluotos problemos sąlygos, neįmanoma užtikrinti, kad broliai atsidurtų visiškai simetriškose sąlygose. Svarbu atsižvelgti į tai, kad laikas sulėtėja būtent judančiame laikrodyje, kuris turėjo pereiti per atskaitos sistemų pasikeitimą, nes įvykių vienalaikiškumas yra santykinis.

Yra du būdai apskaičiuoti, kiek laikas sulėtėjo kiekvieno iš brolių požiūriu: naudojant paprasčiausius veiksmus specialiosios reliatyvumo teorijos rėmuose arba sutelkiant dėmesį į neinercines atskaitos sistemas. Abiejų skaičiavimų grandinių rezultatai gali būti tarpusavyje suderinti ir vienodai patvirtinti, kad laikas juda lėčiau.

Remdamiesi tuo, galime daryti prielaidą, kad minties eksperimentą perkėlus į realybę, tas, kuris užims namų šeimininko vietą, iš tikrųjų pasens greičiau nei keliautojas.

Specialiosios ir bendrosios reliatyvumo teorijos teigia, kad kiekvienas stebėtojas turi savo laiką. Tai yra, grubiai tariant, vienas žmogus juda ir naudoja laikrodį, kad nustatytų vieną laiką, kitas žmogus kažkaip juda ir naudoja laikrodį kitam laikui nustatyti. Žinoma, jei šie žmonės juda vienas kito atžvilgiu mažais greičiais ir pagreičiais, jie matuoja praktiškai tą patį laiką. Naudodami savo laikrodžius negalime išmatuoti šio skirtumo. Neatmetu, kad jei per Visatos gyvavimą du žmonės turi laikrodį, kuris matuoja laiką vienos sekundės tikslumu, tai vaikščioję skirtingai, jie gali pamatyti kažkokį skirtumą kokiame nors n ženkle. Tačiau šie skirtumai yra silpni.

Specialiosios ir bendrosios reliatyvumo teorijos numato, kad šie skirtumai bus reikšmingi, jei du palydovai judės vienas kito atžvilgiu dideliu greičiu, pagreičiais arba šalia juodosios skylės. Pavyzdžiui, vienas iš jų yra toli nuo juodosios skylės, o kitas yra arti juodosios skylės ar kokio nors stipriai gravituojančio kūno. Arba vienas yra ramybės būsenoje, o kitas juda tam tikru greičiu, palyginti su juo, arba su didesniu pagreičiu. Tada skirtumai bus dideli. Kokio dydžio, nesakau, o tai išmatuota atliekant eksperimentą su didelio tikslumo atominiu laikrodžiu. Žmonės skrenda lėktuvu, paskui parsineša atgal, lygina, ką rodė laikrodis ant žemės, ką rodė lėktuvo laikrodis ir kt. Tokių eksperimentų yra daug, visi jie atitinka formalias bendrosios ir specialiosios reliatyvumo prognozes. Visų pirma, jei vienas stebėtojas ilsisi, o kitas juda jo atžvilgiu pastoviu greičiu, tada laikrodžio dažnio perskaičiavimas iš vieno į kitą yra pateiktas Lorentzo transformacijomis, kaip pavyzdys.

Specialiojoje reliatyvumo teorijoje, remiantis tuo, egzistuoja vadinamasis dvynių paradoksas, aprašytas daugelyje knygų. Jį sudaro toliau. Įsivaizduokite, kad turite du dvynius: Vaniją ir Vasią. Tarkime, Vania liko Žemėje, o Vasja nuskrido į Kentauro Alfą ir grįžo. Dabar sakoma, kad Vanijos atžvilgiu Vasya judėjo pastoviu greičiu. Laikas jam slinko lėčiau. Jis grįžo, todėl turi būti jaunesnis. Kita vertus, paradoksas suformuluotas taip: dabar, priešingai, Vasya atžvilgiu (judėjimas pastoviu greičiu, palyginti su) Vania juda pastoviu greičiu, nepaisant to, kad jis buvo Žemėje, tai yra, kai Vasya grįžta į Žemę, teoriškai Vanijos laikrodis turėtų rodyti mažiau laiko. Kuris jaunesnis? Kažkoks loginis prieštaravimas. Pasirodo, ši speciali reliatyvumo teorija yra visiška nesąmonė.

Faktas numeris vienas: jūs iš karto turite suprasti, kad Lorenco transformacijos gali būti naudojamos, jei pereinate iš vienos inercinės atskaitos sistemos į kitą inercinę atskaitos sistemą. Ir ši logika, kad laikas juda lėčiau dėl to, kad jis juda pastoviu greičiu, yra pagrįsta tik Lorenco transformacija. Ir šiuo atveju vienas iš stebėtojų yra beveik inercinis – tas, kuris yra Žemėje. Beveik inerciniai, tai yra, šie pagreičiai, kuriais Žemė juda aplink Saulę, Saulė juda aplink Galaktikos centrą ir t. t., yra nedideli pagreičiai; atliekant šią užduotį, to tikrai galima nepaisyti. O antrasis turėtų skristi į Alfa Kentaurį. Jis turi įsibėgėti, lėtėti, tada vėl įsibėgėti, lėtėti – visa tai yra neinerciniai judesiai. Todėl toks naivus perskaičiavimas pasiteisina ne iš karto.

Kaip tinkamai paaiškinti šį dvynių paradoksą? Iš tikrųjų tai gana paprasta paaiškinti. Norėdami palyginti dviejų bendražygių gyvenimo trukmę, jie turi susitikti. Pirmiausia jie turi susitikti pirmą kartą, tuo pačiu metu būti tame pačiame erdvės taške, palyginti valandas: 0 valandų 0 minučių 2001 m. sausio 1 d. Tada išsklaidyk. Vienas iš jų judės vienaip, kažkaip tiks jo laikrodis. Kitas judės kitaip, o jo laikrodis tiksi savaip. Tada jie vėl susitiks, grįš į tą patį erdvės tašką, bet skirtingu laiku, palyginti su pradiniu. Tuo pačiu metu jie atsidurs tame pačiame taške tam tikro papildomo laikrodžio atžvilgiu. Svarbu tai, kad dabar jie gali palyginti laikrodžius. Vienas turėjo tiek spaudimo, kitas – tiek. Kaip tai paaiškinama?

Įsivaizduokite šiuos du erdvės ir laiko taškus, kur jie susitiko pradiniu momentu ir paskutiniu momentu, išvykimo į Alfa Kentaurį momentu, atvykimo iš Alfa Kentauro momentu. Vienas iš jų judėjo inertiškai, tarkime, idealus, tai yra, judėjo tiesia linija. Antrasis judėjo neinerciškai, todėl šioje erdvėje ir laike judėjo kažkokia kreive – greitėjo, lėtėjo ir t.t. Taigi viena iš šių kreivių turi galūnės savybę. Akivaizdu, kad tarp visų galimų erdvės ir laiko kreivių tiesė yra ekstremali, tai yra, jos ilgis yra labai didelis. Naiviai atrodo, kad ji turėtų būti trumpiausio ilgio, nes plokštumoje tarp visų kreivių tiesė turi trumpiausią ilgį tarp dviejų taškų. Minkovskio erdvėje ir laike taip struktūrizuota jo metrika, taip struktūruojamas ilgių matavimo metodas, tiesė turi ilgiausią ilgį, kad ir kaip keistai tai skambėtų. Tiesi linija turi ilgiausią ilgį. Todėl tas, kuris judėjo inerciškai, liko Žemėje, matuos ilgesnį laiko tarpą nei tas, kuris skrido į Kentauro Alfą ir grįžo, taigi bus senesnis.

Dažniausiai tokie paradoksai sugalvojami siekiant paneigti vieną ar kitą teoriją. Juos sugalvoja patys mokslininkai, susiję su šia mokslo sritimi.

Iš pradžių, kai atsiranda nauja teorija, aišku, kad niekas jos visiškai nesuvokia, ypač jei ji prieštarauja kai kuriems tuo metu nusistovėjusiems duomenims. O žmonės paprasčiausiai priešinasi, žinoma, prisigalvoja visokių kontrargumentų ir pan. Visa tai vyksta per labai sunkų procesą. Žmogus kovoja, kad būtų pripažintas. Tai visada apima ilgą laiką ir daug vargo. Tai yra paradoksai, kurie kyla.

Be dvynių paradokso, yra, pavyzdžiui, toks paradoksas su meškere ir tvartu, vadinamasis Lorenco ilgių susitraukimas, kad jei stovi ir žiūri į meškerę, kuri labai dideliu greičiu lekia pro tave. , tada jis atrodo trumpesnis, nei yra iš tikrųjų atskaitos sistemoje, kurioje yra ramybės būsenoje. Su tuo susijęs paradoksas. Įsivaizduokit angarą ar kiaurymę, jame yra dvi skylės, jis kažkokio ilgio, nesvarbu koks. Įsivaizduokite, kad šis strypas skraido į jį ir tuoj praskris pro jį. Tvartas savo poilsio sistemoje yra vieno ilgio, tarkime, 6 metrų. Strypas savo poilsio rėme yra 10 metrų ilgio. Įsivaizduokite, kad jų uždarymo greitis yra toks, kad tvarto atskaitos sistemoje strypas sumažinamas iki 6 metrų. Galite apskaičiuoti, koks tai greitis, bet dabar tai nesvarbu, jis pakankamai artimas šviesos greičiui. Meškerė buvo sumažinta iki 6 metrų. Tai reiškia, kad tvarto atskaitos sistemoje strypas tam tikru momentu visiškai tilps į tvartą.

Žmogus, kuris stovi tvarte ir pro jį skrenda meškerė, kažkuriuo metu pamatys, kad ši meškerė guli tvarte. Kita vertus, judėjimas pastoviu greičiu yra santykinis. Atitinkamai, galima laikyti, kad meškerė yra ramybės būsenoje, o tvartas lekia link jo. Tai reiškia, kad strypo atskaitos sistemoje tvartas susitraukė ir susitraukė tiek pat kartų, kiek strypas tvarto atskaitos sistemoje. Tai reiškia, kad meškerės atskaitos rėme tvartas susitraukė iki 3,6 metro. Dabar, meškerės atskaitos sistemoje, meškerykotis niekaip negali tilpti į tvartą. Vienoje atskaitos sistemoje tinka, kitoje atskaitos sistemoje netelpa. Tai kažkokia nesąmonė.

Aišku, kad tokia teorija negali būti teisinga – atrodo iš pirmo žvilgsnio. Tačiau paaiškinimas paprastas. Kai matote meškerę ir sakote: „Jis tokio ilgio“, tai reiškia, kad vienu metu gaunate signalą iš šio ir iš to meškerės galo. Tai yra, kai sakau, kad meškerė buvo įdėta į tvartą, judant tam tikru greičiu, tai reiškia, kad šio meškerės galo sutapimo su šiuo tvarto galu įvykis yra tuo pačiu metu, kai sutampa šis tvartas. strypo galas su šiuo tvarto galu. Šie du įvykiai yra vienu metu tvarto atskaitos sistemoje. Bet tikriausiai girdėjote, kad reliatyvumo teorijoje vienalaikiškumas yra reliatyvus. Taigi paaiškėja, kad strypo atskaitos sistemoje šie du įvykiai nėra vienu metu. Tiesiog iš pradžių dešinysis meškerės galas sutampa su dešiniuoju tvarto galu, po kurio laiko kairysis meškerės galas sutampa su kairiuoju tvarto galu. Šis laikotarpis yra tiksliai lygus laikui, per kurį šie 10 metrų minus 3,6 metro nuskris pro meškerės galą tokiu greičiu.

Dažniausiai reliatyvumo teorija paneigiama dėl to, kad tokie paradoksai jai labai lengvai sugalvojami. Šių paradoksų yra labai daug. Yra išleista Taylor ir Wheeler knyga „Erdvės-Laiko fizika“, parašyta gana prieinama moksleiviams kalba, kurioje didžioji dauguma šių paradoksų analizuojami ir paaiškinami naudojant gana paprastus argumentus ir formules, kaip tas ar kitas paradoksas. paaiškinama reliatyvumo teorijos rėmuose.

Galima sugalvoti kokį nors būdą, kaip paaiškinti kiekvieną duotą faktą, kuris atrodo paprastesnis nei reliatyvumo teorijos pateiktas būdas. Tačiau svarbi specialiosios reliatyvumo teorijos savybė yra ta, kad ji paaiškina ne kiekvieną atskirą faktą, o visą faktų rinkinį kartu. Dabar, jei sugalvosite paaiškinimą vienam faktui, atskirtam nuo visos šios aibės, tegul jis paaiškina šį faktą geriau nei specialioji reliatyvumo teorija, jūsų nuomone, bet vis tiek turite patikrinti, ar ji paaiškina ir visus kitus faktus. . Ir, kaip taisyklė, visi šie paaiškinimai, kurie skamba paprasčiau, nepaaiškina viso kito. Ir turime prisiminti, kad tuo metu, kai išrandama ta ar kita teorija, tai tikrai yra kažkoks psichologinis, mokslinis žygdarbis. Nes šiuo metu yra vienas, du ar trys faktai. Taigi žmogus, remdamasis vienu ar trimis pastebėjimais, suformuluoja savo teoriją.

Tuo metu atrodo, kad tai prieštarauja viskam, kas buvo žinoma anksčiau, jei teorija yra kardinali. Tokie paradoksai sugalvojami tam paneigti ir t.t. Bet, kaip taisyklė, šie paradoksai yra paaiškinami, atsiranda naujų papildomų eksperimentinių duomenų ir jie tikrinami, ar jie atitinka šią teoriją. Kai kurios prognozės taip pat kyla iš teorijos. Jis remiasi kažkokiais faktais, kažką teigia, iš šito teiginio galima kažką išvesti, gauti, o tada pasakyti, kad jeigu ši teorija teisinga, tai taip ir turi būti. Eikime ir patikrinkime, ar tai tiesa, ar ne. Taigi, kad. Taigi teorija gera. Ir taip toliau iki begalybės. Apskritai teorijai patvirtinti reikia be galo daug eksperimentų, tačiau šiuo metu srityje, kurioje taikoma specialioji ir bendroji reliatyvumo teorija, nėra įrodymų, paneigiančių šias teorijas.