Príroda je plná úžasných vecí a paradoxov. A jedna z nich spojená s pohybom rýchlosťou svetla sa nazýva „paradox dvojčiat“.
Pravdepodobne ste oboznámení s javom polčasu: veľa subatomických častíc je nestabilných a po krátkom čase sa rozpadajú (transformujú sa na niečo iné). Biologický polčas častice je čas, ktorý musí „počkať“, aby dosiahol 50% pravdepodobnosť rozpadu.
Napríklad polčas miónov je 2,2 mikrosekundy. Keby ste mali 100 miónov, zostalo by len 2,2 miónov za 2,2 mikrosekundy, však? V skutočnosti to nie nevyhnutne.
2.2 mikrosekundy je uplynutý čas pre mión. Ak máte hrsť 100 stacionárnych miónov, potom po 2,2 mikrosekunde bude okolo 50. Ale ak máte priateľa, ktorý letí v rakete pri 50% rýchlosti svetla, potom, keď prebehne 10 sekúnd, bude to trvať 8, 66 sekúnd.
Ukazuje sa, že to platí aj pre mióny. Takže ak vašich 100 miónov nie je statických, ale pohybujú sa v urýchľovači častíc pri 50% rýchlosti svetla, potom po 2,2 mikrosekundy od vašej strany bude pre mióny asi 1,9 mikrosekundy. To znamená, že do tejto doby budete mať asi 55 miónov.
Vo vašom referenčnom rámci by prešlo 2,54 mikrosekundy, zatiaľ čo u miónov prebehli 2,2 mikrosekundy. Takže po 2,54 mikrosekunde zostáva 50 miónov.
Čo s tým majú dvojčatá spoločné?
Propagačné video:
Možno čítate a rozmýšľate: čo s tým majú dvojčatá a paradoxy? Viete, toto je veľmi dobrá a aktuálna otázka.
Predstavte si, že máte dvojča. A dokonca aj vo svojej mladosti ste sa dozvedeli, že je darebák a plánujete ovládnuť svet. Aby ste sa zbavili planéty jeho monštruóznych plánov, napumpujte mu prášky na spanie, vložte ho do rakety a pošlite mu 90% rýchlosti svetla zo Zeme.
Bohužiaľ, kvôli účinku dilatácie času na vaše dvojča, čas plynie podstatne pomalšie. Za deväť rokov pre neho uplynú iba štyri roky. Ak sa vám po deviatich rokoch podarí otočiť loď a vrátiť sa rovnakou rýchlosťou, budete mať 18 rokov a on - iba osem!
Zvyčajne sa jedná o koniec diskusií o paradoxe, ktorý prvýkrát navrhol v roku 1911 Paul Langevin ako myšlienkový experiment, a to je miesto, kde to všetko končí. Po bližšom preskúmaní „dvojitého paradoxu“však vzniká zaujímavá otázka.
Paul Langevin.
Z hľadiska vášho zlého dvojča sa Zem a vy pohybovali pri 90% rýchlosti svetla. Takže po deviatich rokoch by pre vás mali uplynúť iba štyri roky. Inými slovami, ak si vaše dvojča myslí, že uplynulo osem rokov od odchodu do návratu, malo to pre vás byť iba tri a pol roka!
Takže, keď sa vráti vaše darebské dvojča, ktorý z vás bude tým starším? To je presne paradox.
Môže sa zdať, že táto otázka je výrokom pre Špeciálnu teóriu relativity. Niektorí dnes venujú celé webové stránky „odhaleniu“SRT. Môžeme však vedecky dokázať, že jedno z dvojčiat skutočne starne.
Twin Paradox je jeden z problémov, ktorý má jediné elegantné riešenie (alebo, dalo by sa povedať, odpoveď). Ako ste už možno pochopili, táto úloha zahŕňa relativistickú dilatáciu času podľa teórie špeciálnej relativity.
rozhodnutie
Pri riešení paradoxu si najskôr predstavte, že vy a vaše dvojča máte hodinky v náručí a vaša priateľka môže sledovať čas na vašich a jeho hodinkách. Môžete nezávisle sledovať čas na hodinkách a vaše dvojičky na: každý je tam, kde je. Ale toto sú nezvyčajné hodiny: tikajú iba raz ročne - v deň výročia spasenia Zeme z vašej zlej kópie. V tento deň si tiež môžete vymieňať správy vo forme elektromagnetického impulzu (koniec koncov ste rodina). A tu stojí za zmienku, že svetlo z ďalekohľadu a elektromagnetický signál, ktorý vysielate, sa pohybujú rovnakou rýchlosťou.
Ak teraz pre vás a vaše dvojčatá nakreslíme časový a časový diagram, dostaneme toto:
Dvojitý paradoxný diagram / veda ABC / nahá veda.
Na obrázku vľavo máte vlastný referenčný rámec. Vpravo vidíme dva referenčné rámce zodpovedajúce odchodu a návratu vášho brata.
Vykonáme výpočty zodpovedajúce vášmu referenčnému rámcu. Povedzme, že vaše dvojča je 2,67 svetelných rokov jedným smerom. Teraz, keď poznáme vzdialenosť a rýchlosť, s ktorou sa pohybuje, môžeme vypočítať čas potrebný na cestovanie: o niečo viac ako dva a pol roka. Z vášho pohľadu cesta dvojičiek trvala asi šesť rokov.
Ukazuje sa, že zlý dvojča sa vráti na Zem a spôsobí zmätok asi za šesť rokov, hoci pre neho to bude niečo viac ako dva a pol roka. Čím viac sa teda rýchlosť objektov blíži rýchlosti svetla, tým viac sa ich „zážitok“spomaľuje v porovnaní s inými objektmi, ktoré sa nepohybujú pri rýchlostiach relatívne blízko rýchlosti svetla, či už ide o človeka alebo mión.
Vladimir Guillen