Ang kambal na kabalintunaan ni Einstein. Kambal na kabalintunaan

Humihingi kami ng paumanhin na hindi namin nai-repost ang mga kamangha-manghang artikulo sa pagpapanatili sa loob ng mahabang panahon. Nagpatuloy kami. Magsimula dito:

Buweno, ngayon ay isasaalang-alang natin marahil ang pinakasikat sa mga kabalintunaan ng relativity, na tinatawag na "kambal na kabalintunaan".
Sinasabi ko kaagad na wala talagang kabalintunaan, ngunit nagmumula ito sa hindi pagkakaunawaan sa mga nangyayari. At kung ang lahat ay naiintindihan nang tama, at ito, tinitiyak ko sa iyo, ay hindi mahirap, kung gayon walang magiging kabalintunaan.

Magsisimula tayo sa lohikal na bahagi, kung saan makikita natin kung paano nakuha ang kabalintunaan at kung anong mga lohikal na pagkakamali ang humahantong dito. At pagkatapos ay magpapatuloy tayo sa bahagi ng paksa, kung saan titingnan natin ang mekanika ng kung ano ang nangyayari sa isang kabalintunaan.

Una, hayaan mong ipaalala ko sa iyo ang aming pangunahing pangangatwiran tungkol sa paglawak ng oras.

Tandaan ang biro tungkol kay Zhora Batareikin, noong isang koronel ang ipinadala upang sundan si Zhora, at isang tenyente koronel ang ipinadala upang sundan ang koronel? Kailangan natin ng imahinasyon upang isipin ang ating sarili sa lugar ng isang tenyente koronel, iyon ay, upang obserbahan ang nagmamasid.

Kaya, postulate ng relativity nagsasaad na ang bilis ng liwanag ay pareho mula sa punto ng view ng lahat ng mga nagmamasid (sa lahat ng mga frame ng sanggunian, siyentipikong pagsasalita). Kaya, kahit na lumipad ang nagmamasid pagkatapos ng liwanag sa bilis na 2/3 ng bilis ng liwanag, makikita pa rin niya na ang liwanag ay tumatakbo palayo sa kanya sa parehong bilis.

Tingnan natin ang sitwasyong ito mula sa labas. Ang liwanag ay lumilipad pasulong sa bilis na 300,000 km / s, at ang isang tagamasid ay lumilipad pagkatapos nito, sa bilis na 200,000 km / s. Nakikita namin na ang distansya sa pagitan ng nagmamasid at ang liwanag ay tumataas ( sa orihinal, may typo ang may-akda - approx. Quantuz) sa bilis na 100,000 km/s, ngunit hindi ito nakikita ng tagamasid mismo, ngunit nakikita ang parehong 300,000 km/s. Paano kaya ito? Ang tanging (halos! ;-) na dahilan para sa naturang kababalaghan ay maaaring ang pagmamasid ay bumagal. Mabagal siyang gumagalaw, huminga ng dahan-dahan at dahan-dahang sinusukat ang kanyang bilis sa isang mabagal na relo. Bilang resulta, nakikita niya ang pag-alis sa bilis na 100,000 km/s bilang isang pag-alis sa bilis na 300,000 km/s.

Tandaan ang isa pang anekdota tungkol sa dalawang adik sa droga na nakakita ng isang bolang apoy na dumaan sa kalangitan nang maraming beses, at pagkatapos ay lumabas na sila ay nakatayo sa balkonahe sa loob ng tatlong araw, at ang bolang apoy ay ang araw? Kaya ang tagamasid na ito ay dapat na nasa estado ng isang mabagal na junkie. Siyempre, ito ay makikita lamang sa amin, at siya mismo ay hindi mapapansin ang anumang espesyal, dahil ang lahat ng mga proseso sa paligid niya ay bumagal.

Paglalarawan ng eksperimento

Upang maisadula ang konklusyong ito, isang hindi kilalang may-akda mula sa nakaraan, marahil si Einstein mismo, ang nakaisip ng sumusunod na eksperimento sa pag-iisip. Dalawang kambal na kapatid ang naninirahan sa lupa - sina Kostya at Yasha.

Kung ang magkapatid ay namumuhay nang magkakasama sa lupa, pagkatapos ay sabay-sabay silang dumaan sa mga sumusunod na yugto ng paglaki at pagtanda (humihingi ako ng paumanhin para sa ilang pagkakasanayan):

Ngunit hindi ito gumagana nang ganoon.

Bilang isang tinedyer, si Kostya, tawagan natin siyang isang kapatid sa espasyo, pumasok sa isang rocket at pumunta sa isang bituin na matatagpuan ilang sampu-sampung light years mula sa Earth.
Ang paglipad ay ginawa sa halos magaan na bilis at samakatuwid ang daan papunta at pabalik ay tumatagal ng animnapung taon.

Si Kostya, na tatawagin nating kapatid sa lupa, ay hindi lumilipad kahit saan, ngunit matiyagang naghihintay sa kanyang kamag-anak sa bahay.

Relativity Prediction

Sa pagbabalik ng cosmic brother, ang makalupang kapatid ay lumalabas na animnapung taong mas matanda.

Gayunpaman, dahil ang space brother ay palaging gumagalaw, ang kanyang oras ay lumipas nang mas mabagal, kaya, sa kanyang pagbabalik, siya ay mukhang 30 taong gulang lamang. Ang isang kambal ay mas matanda sa isa pa!

Tila sa marami na ang hula na ito ay mali at ang mga taong ito ay tinatawag na mismong hula na ito ang kambal na kabalintunaan. Pero hindi pala. Ang hula ay ganap na totoo at ang mundo ay gumagana nang ganoon!

Tingnan natin muli ang lohika ng hula. Ipagpalagay na ang isang makalupang kapatid na lalaki ay hindi mapaghihiwalay na nanonood ng kosmiko.

Sa pamamagitan ng paraan, paulit-ulit kong sinabi na maraming mga tao ang nagkakamali dito, hindi tama ang pagbibigay-kahulugan sa konsepto ng "observes". Iniisip nila na ang pagmamasid ay kinakailangang maganap sa tulong ng liwanag, halimbawa, sa pamamagitan ng teleskopyo. Pagkatapos, sa tingin nila, dahil ang liwanag ay naglalakbay sa isang may hangganang bilis, lahat ng bagay na naobserbahan ay makikita tulad ng dati, sa sandaling ang liwanag ay ibinubuga. Dahil dito, iniisip ng mga taong ito, mayroong isang paglawak ng oras, na, samakatuwid, ay isang maliwanag na kababalaghan.
Ang isa pang variant ng parehong maling kuru-kuro ay ang pag-uugnay ng lahat ng phenomena sa Doppler effect: dahil ang space brother ay lumalayo sa lupa, ang bawat bagong "frame ng imahe" ay darating sa Earth mamaya at mamaya, at ang mga frame mismo, samakatuwid, ay mas kaunti ang sumusunod. madalas kaysa sa kinakailangan, at nangangailangan ng pagbagal ng oras.
Parehong mali ang paliwanag. Ang teorya ng relativity ay hindi masyadong hangal na huwag pansinin ang mga epektong ito. Tingnan mo mismo ang aming pahayag tungkol sa bilis ng liwanag. Isinulat namin doon "makikita pa rin niya iyon", ngunit hindi namin ibig sabihin nang eksakto "makikita niya ang kanyang mga mata." Ang ibig naming sabihin ay "makakatanggap bilang isang resulta, na isinasaalang-alang ang lahat ng kilalang phenomena." Tandaan na ang buong lohika ng pangangatwiran ay wala kahit saan batay sa katotohanan na ang pagmamasid ay nagaganap sa tulong ng liwanag. At kung palagi mong naiisip nang eksakto ito, pagkatapos ay muling basahin ang lahat muli, iniisip kung paano ito dapat!

Para sa patuloy na pagmamasid, kinakailangan na ang space brother, halimbawa, ay magpadala ng mga fax sa Earth bawat buwan (sa pamamagitan ng radyo, sa bilis ng liwanag) kasama ang kanyang imahe, at ang makalupang kapatid na lalaki ay isabit ang mga ito sa kalendaryo, na isinasaalang-alang ang pagkaantala ng paghahatid. Ito ay lumabas na sa una ay ibinitin ng kapatid na lalaki ang kanyang litrato sa lupa, at isinasabit ang litrato ng kanyang kapatid sa parehong oras mamaya, kapag ito ay nakarating sa kanya.

Sa teorya, makikita niya sa lahat ng oras na mas mabagal ang daloy ng oras ng space brother. Ito ay dadaloy nang mas mabagal sa simula ng paglalakbay, sa unang quarter ng paglalakbay, sa huling quarter ng paglalakbay, sa pagtatapos ng paglalakbay. At dahil dito, patuloy na maiipon ang backlog. Sa panahon lamang ng pagliko ng space brother, sa sandaling huminto siya upang lumipad pabalik, ang kanyang oras ay tatakbo sa parehong bilis tulad ng sa Earth. Ngunit hindi nito babaguhin ang huling resulta, dahil ang kabuuang backlog ay mananatili pa rin. Dahil dito, sa oras ng pagbabalik ng cosmic brother, ang lag ay magpapatuloy, na nangangahulugan na ito ay mananatili na magpakailanman.

Tulad ng nakikita mo, walang mga lohikal na error dito. Gayunpaman, ang konklusyon ay mukhang nakakagulat. Ngunit walang magagawa: nabubuhay tayo sa isang kamangha-manghang mundo. Ang konklusyon na ito ay paulit-ulit na nakumpirma, kapwa para sa elementarya na mga particle na nabubuhay nang mas matagal kung sila ay gumagalaw, at para sa pinakakaraniwan, napakatumpak lamang (atomic) na mga orasan na nagpunta sa isang paglipad sa kalawakan at pagkatapos ay natagpuan na sila ay nahuhuli sa mga laboratoryo sa pamamagitan ng isang fraction na segundo.

Hindi lamang ang mismong katotohanan ng backlog ang nakumpirma, kundi pati na rin ang numerical na halaga nito, na maaaring kalkulahin gamit ang mga formula mula sa isa sa mga nakaraang isyu.

Parang kontradiksyon

So, magkakaroon ng backlog. Ang kapatid na kalawakan ay magiging mas bata kaysa sa makalupa, makatitiyak ka.

Ngunit isa pang tanong ang lumitaw. Pagkatapos ng lahat, ang paggalaw ay kamag-anak! Samakatuwid, maaari nating ipagpalagay na ang space brother ay hindi lumipad kahit saan, ngunit nanatiling hindi gumagalaw sa lahat ng oras. Ngunit sa halip na siya, isang makalupang kapatid na lalaki ang lumipad sa isang paglalakbay, kasama ang planetang Earth mismo at lahat ng iba pa. At kung gayon, nangangahulugan ito na ang kapatid na kosmiko ay dapat tumanda nang higit pa, at ang makalupang kapatid ay dapat manatiling mas bata.

Ito ay lumalabas na isang kontradiksyon: ang parehong mga pagsasaalang-alang, na dapat na katumbas ayon sa teorya ng relativity, ay humantong sa kabaligtaran na mga konklusyon.

Ang kontradiksyon na ito ay tinatawag na twin paradox.

Inertial at non-inertial frame of reference

Paano natin malulutas ang kontradiksyon na ito? Tulad ng alam mo, walang mga kontradiksyon :-)

Samakatuwid, kailangan nating malaman kung bakit hindi natin ito isinasaalang-alang, dahil kung saan lumitaw ang isang kontradiksyon?

Ang mismong konklusyon na ang oras ay dapat bumagal ay hindi masisisi, dahil ito ay masyadong simple. Samakatuwid, ang isang pagkakamali sa pangangatuwiran ay dapat na naroroon sa ibang pagkakataon, kung saan ipinapalagay namin na ang mga kapatid ay pantay. Kaya, sa katunayan, ang mga kapatid ay hindi pantay!

Sinabi ko sa pinakaunang isyu na hindi lahat ng relativity na tila umiiral ay talagang umiiral. Halimbawa, maaaring mukhang kung ang isang space brother ay bumibilis palayo sa Earth, ito ay katumbas ng katotohanan na siya ay nananatili sa lugar, at ang Earth mismo ay bumibilis na palayo sa kanya. Pero hindi pala. Ang kalikasan ay hindi sumasang-ayon dito. Para sa ilang kadahilanan, ang kalikasan ay lumilikha ng labis na karga para sa isa na nagpapabilis: siya ay pinindot sa upuan. At para sa isang taong hindi nagpapabilis, hindi ito lumilikha ng mga labis na karga.

Bakit hindi ito ginagawa ng kalikasan sa ngayon. Sa ngayon, mahalagang matutunang isipin ang kalikasan nang tama hangga't maaari.

Kaya, ang mga kapatid ay maaaring hindi pantay, kung ang isa sa kanila ay bumilis o bumagal. Ngunit mayroon tayong ganoong sitwasyon: maaari kang lumipad palayo sa Earth at bumalik dito lamang bumibilis, umikot at bumagal. Sa lahat ng mga kasong ito, nakaranas ng labis na karga ang kapatid sa espasyo.

Ano ang konklusyon? Ang lohikal na konklusyon ay simple: wala kaming karapatang ipahayag na ang mga kapatid ay pantay. Samakatuwid, ang mga argumento tungkol sa paglawak ng oras ay tama lamang mula sa punto ng view ng isa sa kanila. Ano? Siyempre, makalupa. Bakit? Dahil hindi namin inisip ang tungkol sa labis na karga at naisip ang lahat na parang wala. Halimbawa, hindi natin maaaring igiit na ang bilis ng liwanag ay nananatiling pare-pareho sa ilalim ng mga kondisyon ng g-pwersa. Samakatuwid, hindi namin maaaring igiit na ang pagluwang ng oras ay nangyayari sa ilalim ng mga kondisyon ng pagsisikip. Lahat ng iginiit namin - iginiit namin para sa kaso ng kawalan ng labis na karga.

Nang dumating ang mga siyentipiko sa puntong ito, napagtanto nila na kailangan nila ng isang espesyal na pangalan upang ilarawan ang "normal" na mundo, ang mundo na walang g-forces. Ang nasabing paglalarawan ay tinatawag na isang paglalarawan sa mga tuntunin ng inertial frame of reference(pinaikling bilang ISO). Ang bagong paglalarawan, na hindi pa nagagawa, ay natural na tinatawag na isang paglalarawan mula sa punto ng view ng non-inertial frame of reference.

Ano ang isang inertial frame of reference (ISO)

Malinaw na muna, ano ang masasabi natin tungkol sa ISO - ito ay isang paglalarawan ng mundo na tila "normal" sa atin. Ibig sabihin, ito ang paglalarawan kung saan tayo nagsimula.

Sa mga inertial reference system, ang tinatawag na batas ng inertia ay gumagana - ang bawat katawan, na iniiwan sa sarili nito, ay nananatili sa pahinga o gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly. Dahil dito, tinawag ang mga sistema.

Kung uupo tayo sa isang sasakyang pangalangaang, isang kotse o isang tren na gumagalaw nang ganap na pare-pareho at rectilinearly mula sa punto ng view ng ISO, kung gayon sa loob ng naturang sasakyan ay hindi natin mapapansin ang paggalaw. At nangangahulugan ito na ang naturang surveillance system ay magiging ISO din.

Samakatuwid, ang pangalawang bagay na masasabi natin tungkol sa IFR ay ang anumang sistemang gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly na may kaugnayan sa IFR ay magiging isang IFR din.

Ano ang masasabi natin tungkol sa hindi ISO? Sa ngayon, masasabi lang natin tungkol sa kanila na ang isang sistemang gumagalaw na may kaugnayan sa IFR na may acceleration ay magiging isang hindi ISR.

Huling bahagi: Ang kwento ni Kostya

Ngayon subukan nating malaman kung ano ang magiging hitsura ng mundo mula sa punto ng view ng space kapatid? Hayaang tumanggap din siya ng mga fax mula sa kanyang kapatid sa lupa at i-post ang mga ito sa kalendaryo, na isinasaalang-alang ang oras ng paglipad ng fax mula sa Earth patungo sa barko. Ano ang makukuha niya?

Upang hulaan bago ito, kailangan mong bigyang-pansin ang sumusunod na punto: sa panahon ng paglalakbay ng space brother ay may mga seksyon kung saan siya ay gumagalaw nang pantay-pantay at rectilinearly. Kumbaga, sa simula, ang kapatid ay bumibilis nang may napakalakas upang maabot nito ang bilis ng cruising sa loob ng 1 araw. Pagkatapos nito, lumilipad ito nang pantay-pantay sa loob ng maraming taon. Pagkatapos, sa gitna ng daan, mabilis din itong umikot sa loob ng isang araw at pantay na lumilipad pabalik. Sa pagtatapos ng paglalakbay, siya ay napakabilis, sa isang araw, bumagal.

Siyempre, kung kalkulahin natin kung anong mga bilis ang kailangan natin at kung anong acceleration ang kailangan nating pabilisin at pag-ikot, nakuha natin na ang kapatid na kalawakan ay dapat na pahid sa mga dingding. At ang mga dingding ng spacecraft mismo, kung sila ay gawa sa mga modernong materyales, ay hindi makatiis sa mga labis na karga. Ngunit hindi iyon ang mahalaga sa amin ngayon. Sabihin nating may super-duper anti-g na upuan si Kostya, at gawa sa alien steel ang barko.

Ano ang mangyayari?

Sa pinakaunang sandali ng paglipad, tulad ng alam natin, ang edad ng magkapatid ay pantay. Sa unang kalahati ng flight, ito ay nangyayari nang inertially, na nangangahulugan na ang time dilation rule ay nalalapat dito. Ibig sabihin, makikita ng space brother na dalawang beses nang mas mabagal ang pagtanda ng mundo. Dahil dito, pagkatapos ng 10 taon ng paglipad, si Kostya ay tatanda ng 10 taon, at si Yasha - lamang ng 5.

Sa kasamaang palad, hindi ako nagdrawing ng 15 taong gulang na kambal, kaya gagamit ako ng 10 taong gulang na larawan na may idinagdag na "+5".

Ang isang katulad na resulta ay nakuha mula sa pagsusuri ng dulo ng landas. Sa pinakahuling sandali, ang edad ng magkapatid ay 40 (Yasha) at 70 (Kostya), alam natin ito nang sigurado. Bilang karagdagan, alam namin na ang pangalawang kalahati ng paglipad ay nagpatuloy din nang walang pagbabago, na nangangahulugang ang hitsura ng mundo mula sa pananaw ni Kostya ay tumutugma sa aming mga konklusyon tungkol sa paglawak ng oras. Dahil dito, 10 taon bago matapos ang paglipad, kapag ang kapatid sa kalawakan ay 30 taong gulang, siya ay maghihinuha na ang makalupa ay 65 na, dahil bago matapos ang paglipad, kapag ang ratio ay 40/70, siya ay tatanda. dalawang beses nang mas mabagal.

Muli, wala akong 65 taong gulang na drawing at gagamit ako ng 70 taong gulang na may markang "-5".

Naglagay ako ng buod ng mga obserbasyon ng space brother sa ibaba.

Tulad ng makikita mo, ang space brother ay may pagkakaiba. Sa buong unang kalahati ng paglalakbay, napagmasdan niya na ang makalupang kapatid na lalaki ay dahan-dahang tumatanda at halos hindi na humihiwalay mula sa unang edad na 10 taon. Sa buong ikalawang kalahati ng flight, pinapanood niya kung paano halos hinihila ng makalupang kapatid ang kanyang sarili hanggang sa edad na 70 taon.

Sa isang lugar sa pagitan ng mga lugar na ito, sa pinakagitna ng paglipad, tiyak na may nangyayari na "nananahi" sa proseso ng pagtanda ng kapatid sa lupa.

Kung tutuusin, hindi na tayo patuloy na magdidilim at magtataka kung ano ang nangyayari doon. Direkta at tapat nating gagawin ang konklusyon na kasunod nang hindi maiiwasan. Kung isang saglit bago ang pagbaligtad ang makalupang kapatid ay 17.5 taong gulang, at pagkatapos ng pagbaligtad ay naging 52.5, kung gayon ang ibig sabihin nito ay wala nang higit pa sa katotohanan na 35 taon na ang lumipas para sa makalupang kapatid sa panahon ng pagbaligtad ng cosmic na kapatid!

natuklasan

Kaya't nakita natin na mayroong isang tinatawag na kambal na kabalintunaan, na binubuo ng isang tila pagkakasalungatan kung saan sa dalawang kambal ay bumagal ang oras. Ang mismong katotohanan ng pagluwang ng oras ay hindi isang kabalintunaan.

Nakita natin na may mga inertial at non-inertial frame of reference, at ang mga batas ng kalikasan na nakuha natin kanina ay inilapat lamang sa mga inertial frame. Nasa mga inertial system na ang time dilation ay sinusunod sa paglipat ng spacecraft.

Nakuha namin iyon sa mga non-inertial reference frame, halimbawa, mula sa punto ng view ng paglalahad ng mga spaceship, ang oras ay kumikilos nang mas kakaiba - ito ay nag-scroll pasulong.

Tandaan. Quantuz: Nagbigay din ang may-akda ng link sa karagdagang paliwanag ng flash animation twin paradox. Maaari mong subukang sundin ang link sa web archive kung saan maingat na pinapanatili ang artikulong ito. Inirerekomenda para sa mas malalim na pag-unawa. Magkita-kita tayo sa mga pahina ng aming maaliwalas.

Ano ang reaksyon ng mga sikat na siyentipiko at pilosopo sa daigdig sa kakaiba, bagong mundo ng relativity? Iba siya. Karamihan sa mga physicist at astronomer, na napahiya sa paglabag sa "common sense" at ang mga paghihirap sa matematika ng pangkalahatang teorya ng relativity, ay nagpanatiling maingat na katahimikan. Ngunit ang mga siyentipiko at pilosopo na may kakayahang maunawaan ang teorya ng relativity ay sinalubong ito nang may kagalakan. Nabanggit na natin kung gaano kabilis napagtanto ni Eddington ang kahalagahan ng mga nagawa ni Einstein. Sina Maurice Schlick, Bertrand Russell, Rudolf Kernap, Ernst Cassirer, Alfred Whitehead, Hans Reichenbach at marami pang iba pang kilalang pilosopo ang mga unang mahilig sumulat tungkol sa teoryang ito at sinubukang alamin ang lahat ng mga kahihinatnan nito. Ang The ABCs of Relativity ni Russell ay unang nai-publish noong 1925, ngunit nananatili itong isa sa mga pinakamahusay na tanyag na paglalahad ng relativity hanggang sa araw na ito.

Maraming mga siyentipiko ang hindi nagawang palayain ang kanilang sarili mula sa lumang, Newtonian na paraan ng pag-iisip.

Sila ay sa maraming paraan na nakapagpapaalaala sa mga siyentipiko noong malayong mga araw ni Galileo, na hindi kayang tanggapin ang kanilang sarili na maaaring mali si Aristotle. Si Michelson mismo, na ang kaalaman sa matematika ay limitado, ay hindi kailanman tinanggap ang teorya ng relativity, bagaman ang kanyang mahusay na eksperimento ay nagbigay daan para sa espesyal na teorya. Nang maglaon, noong 1935, noong ako ay isang estudyante sa Unibersidad ng Chicago, isang kurso sa astronomiya ang ibinigay sa amin ni Propesor William Macmillan, isang kilalang siyentipiko. Tahasan niyang sinabi na ang teorya ng relativity ay isang malungkot na hindi pagkakaunawaan.

« Tayo, ang modernong henerasyon, ay masyadong naiinip na maghintay ng anuman.' Sumulat si Macmillan noong 1927. ' Sa loob ng apatnapung taon mula noong pagtatangka ni Michelson na tuklasin ang inaasahang paggalaw ng Earth kaugnay ng eter, tinalikuran na namin ang lahat ng itinuro sa amin noon, lumikha ng pinaka walang katuturang postulate na maiisip namin, at lumikha ng mga mekanikong hindi Newtonian na naaayon dito. postulate. Ang tagumpay na natamo ay isang mahusay na pagpupugay sa ating mental na aktibidad at sa ating katalinuhan, ngunit hindi tiyak na ang ating sentido komun».

Ang pinaka-iba't ibang pagtutol ay iniharap laban sa teorya ng relativity. Isa sa pinakamaagang at pinaka-paulit-ulit na pagtutol ay ginawa sa isang kabalintunaan, unang binanggit ni Einstein mismo noong 1905 sa kanyang papel sa espesyal na relativity (ang salitang "kabalintunaan" ay ginagamit upang tukuyin ang isang bagay na kabaligtaran sa kumbensyonal, ngunit lohikal na pare-pareho).

Napakaraming pansin ang binayaran sa kabalintunaan na ito sa modernong siyentipikong panitikan, dahil ang pag-unlad ng paglipad sa kalawakan, kasama ang pagtatayo ng mga kamangha-manghang tumpak na mga instrumento para sa pagsukat ng oras, ay maaaring magbigay ng isang paraan upang subukan ang kabalintunaan na ito sa isang direktang paraan.

Ang kabalintunaan na ito ay karaniwang ipinakita bilang isang karanasan sa pag-iisip na kinasasangkutan ng kambal. Tinitingnan nila ang kanilang mga relo. Ang isa sa mga kambal sa isang spaceship ay gumagawa ng mahabang paglalakbay sa kalawakan. Pagbalik niya, pinagkukumpara ng kambal ang kanilang mga orasan. Ayon sa espesyal na teorya ng relativity, ang relo ng manlalakbay ay magpapakita ng bahagyang mas maikling oras. Sa madaling salita, mas mabagal ang paggalaw ng oras sa spacecraft kaysa sa Earth.

Hangga't ang ruta ng kosmiko ay limitado ng solar system at magaganap sa medyo mababang bilis, ang pagkakaiba sa oras na ito ay magiging bale-wala. Ngunit sa malalayong distansya at sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag, tataas ang "time contraction" (kung minsan ay tinatawag itong phenomenon na ito). Hindi kapani-paniwala na, sa paglipas ng panahon, ang isang paraan ay matutuklasan kung saan ang isang spacecraft, sa pamamagitan ng dahan-dahang pagpapabilis, ay makakamit ang mga bilis na bahagyang mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag. Gagawin nitong posible na bisitahin ang iba pang mga bituin sa ating Galaxy, at posibleng maging ang iba pang mga kalawakan. Kaya, ang kambal na kabalintunaan ay higit pa sa isang palaisipan sa sala; balang araw ito ay magiging pang-araw-araw na gawain para sa mga manlalakbay sa kalawakan.

Sabihin nating ang isang astronaut - isa sa mga kambal - ay naglalakbay sa layo na isang libong light years at bumalik: maliit ang distansyang ito kumpara sa laki ng ating Galaxy. Mayroon bang katiyakan na hindi mamamatay ang astronaut bago matapos ang paglalakbay? Hindi ba ang paglalakbay nito, tulad ng sa napakaraming kwento ng science fiction, ay mangangailangan ng isang buong kolonya ng mga kalalakihan at kababaihan, nabubuhay at namamatay sa mga henerasyon, habang ginagawa ng barko ang mahabang paglalakbay sa pagitan ng mga bituin?

Ang sagot ay depende sa bilis ng barko.

Kung ang paglalakbay ay magaganap sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag, ang oras sa loob ng barko ay dadaloy nang mas mabagal. Ayon sa makalupang panahon, ang paglalakbay ay magpapatuloy, siyempre, sa loob ng higit sa 2000 taon. Mula sa pananaw ng isang astronaut, sa isang barko, kung ito ay kumikilos nang mabilis, ang paglalakbay ay tatagal lamang ng ilang dekada!

Para sa mga mambabasa na mahilig sa mga numerical na halimbawa, narito ang resulta ng kamakailang pagkalkula ni Edwin McMillan, isang physicist sa University of California sa Berkeley. Ang isang tiyak na astronaut ay nagpunta mula sa Earth patungo sa spiral nebula na Andromeda.

Wala pang dalawang milyong light years ang layo nito. Ang astronaut ay pumasa sa unang kalahati ng paglalakbay na may pare-parehong acceleration na 2g, pagkatapos ay may pare-parehong deceleration ng 2g hanggang sa maabot ang nebula. (Ito ay isang maginhawang paraan upang lumikha ng isang palaging gravitational field sa loob ng barko para sa tagal ng isang mahabang paglalakbay nang walang tulong ng pag-ikot.) Ang paglalakbay pabalik ay ginawa sa parehong paraan. Ayon sa sariling relo ng astronaut, ang tagal ng paglalakbay ay 29 na taon. Halos 3 milyong taon ang lilipas ayon sa earth clock!

Napansin mo kaagad na mayroong iba't ibang mga kaakit-akit na pagkakataon. Ang isang apatnapung taong gulang na siyentipiko at ang kanyang batang katulong sa laboratoryo ay umibig sa isa't isa. Pakiramdam nila ay nagiging imposible ang kanilang kasal dahil sa pagkakaiba ng edad. Kaya nagpapatuloy siya sa isang mahabang paglalakbay sa kalawakan, kumikilos sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag. Bumalik siya sa edad na 41. Samantala, ang kanyang kasintahan sa Earth ay naging isang tatlumpu't tatlong taong gulang na babae. Marahil, hindi niya nahintay ang pagbabalik ng kanyang minamahal sa loob ng 15 taon at nagpakasal sa iba. Hindi ito kayang tiisin ng siyentipiko at nagpatuloy siya sa isa pang mahabang paglalakbay, lalo na't interesado siyang alamin ang saloobin ng mga susunod na henerasyon sa isang teorya na kanyang nilikha, kung kinumpirma nila ito o pabulaanan. Bumalik siya sa Earth sa edad na 42. Matagal nang namatay ang kasintahan ng kanyang mga nakaraang taon, at ang mas masahol pa, wala nang natitira sa kanyang teorya, kaya mahal sa kanya. Nainsulto, nagtakda siya sa isang mas mahabang paglalakbay upang bumalik sa edad na 45 upang makita ang mundo na nabuhay nang ilang millennia. Posible na, tulad ng manlalakbay sa nobela ni Wells na The Time Machine, makikita niya na ang sangkatauhan ay bumagsak. At dito siya "napadpad." Ang "time machine" ni Wells ay maaaring lumipat sa magkabilang direksyon, at ang ating nag-iisang siyentipiko ay walang paraan upang bumalik sa bahagi ng kasaysayan ng tao na pamilyar sa kanya.

Kung ang gayong paglalakbay sa oras ay magiging posible, kung gayon ang mga hindi pangkaraniwang katanungan sa moral ay babangon. Magiging labag sa batas, halimbawa, para sa isang babae na pakasalan ang kanyang sariling apo sa tuhod?

Pakitandaan: ang ganitong uri ng paglalakbay sa oras ay lumalampas sa lahat ng lohikal na mga bitag (ang salot ng science fiction), tulad ng kakayahang pumunta sa nakaraan at pumatay sa iyong sariling mga magulang bago ka isinilang, o madulas sa hinaharap at barilin ang iyong sarili ng isang bala. sa noo..

Isaalang-alang, halimbawa, ang sitwasyon kay Miss Kat mula sa kilalang joke rhyme:

Isang binibini na nagngangalang Kat

Lumipat ng mas mabilis kaysa sa liwanag.

Ngunit palaging nasa maling lugar ito:

Mabilis kang sumugod - darating ka sa kahapon.

Salin ni A. I. Baz

Kung bumalik siya kahapon, kailangan niyang makilala ang kanyang doppelgänger. Kung hindi ay hindi talaga ito kahapon. Ngunit kahapon ay hindi maaaring magkaroon ng dalawang Miss Cat, dahil, sa pagpunta sa isang paglalakbay sa pamamagitan ng oras, Miss Cat ay walang maalala anumang bagay tungkol sa kanyang pakikipagkita sa kanyang double, na naganap kahapon. Kaya mayroon kang isang lohikal na kontradiksyon. Ang ganitong uri ng paglalakbay sa oras ay lohikal na imposible, maliban kung ipagpalagay natin ang pagkakaroon ng isang mundo na kapareho ng sa atin, ngunit gumagalaw sa ibang landas sa oras (isang araw na mas maaga). Sa kabila nito, napakakomplikado ng sitwasyon.

Tandaan din na ang anyo ng paglalakbay ng oras ni Einstein ay hindi ibinibigay sa manlalakbay ang anumang tunay na kawalang-kamatayan, o kahit na kahabaan ng buhay. Mula sa pananaw ng manlalakbay, laging lumalapit sa kanya ang katandaan sa normal na bilis. At tanging ang "tamang oras" ng Earth ang tila nagmamadali ang manlalakbay na ito sa napakabilis na bilis.

Si Henri Bergson, ang tanyag na pilosopo ng Pransya, ang pinakakilala sa mga palaisip na nakipag-espadahan kay Einstein dahil sa kambal na kabalintunaan. Marami siyang isinulat tungkol sa kabalintunaan na ito, na pinagtatawanan kung ano ang tila sa kanya ay lohikal na walang katotohanan. Sa kasamaang palad, lahat ng isinulat niya ay pinatunayan lamang na ang isang tao ay maaaring maging isang mahusay na pilosopo nang walang kapansin-pansing kaalaman sa matematika. Sa nakalipas na ilang taon, muling lumitaw ang mga protesta. Herbert Dingle, ang English physicist, "pinaka malakas" ay tumangging maniwala sa kabalintunaan. Sa loob ng maraming taon ay sumusulat siya ng mga nakakatawang artikulo tungkol sa kabalintunaan na ito at inaakusahan ang mga espesyalista sa teorya ng relativity ngayon ng katangahan, ngayon ng pagiging maparaan. Siyempre, ang mababaw na pagsusuri na aming isasagawa, siyempre, ay hindi lubos na magpapapaliwanag sa patuloy na kontrobersya, ang mga kalahok na mabilis na sumasalamin sa mga kumplikadong equation, ngunit makakatulong upang maunawaan ang mga pangkalahatang dahilan na humantong sa halos nagkakaisang pagkilala ng mga eksperto na ang kambal. ang kabalintunaan ay isasagawa nang eksakto tulad ng isinulat niya tungkol dito.Einstein.

Ang pagtutol ni Dingle, ang pinakamalakas na itinaas laban sa kambal na kabalintunaan, ay ito. Ayon sa pangkalahatang teorya ng relativity, walang ganap na paggalaw, walang "pinili" na frame ng sanggunian.

Palaging posible na pumili ng gumagalaw na bagay bilang isang nakapirming frame ng sanggunian nang hindi lumalabag sa anumang mga batas ng kalikasan. Kapag ang Earth ay kinuha bilang isang reference frame, ang astronaut ay gumawa ng mahabang paglalakbay, bumalik at nalaman na siya ay naging mas bata kaysa sa kanyang kapatid na tahanan. At ano ang mangyayari kung ang frame of reference ay konektado sa spacecraft? Ngayon ay dapat nating isaalang-alang na ang Earth ay gumawa ng isang mahabang paglalakbay at bumalik.

Sa kasong ito, ang homebody ay ang isa sa mga kambal na nasa spaceship. Kapag bumalik ang Earth, hindi ba magiging mas bata ang kapatid na nasa ibabaw nito? Kung nangyari ito, kung gayon sa kasalukuyang sitwasyon, ang kabalintunaan na hamon sa sentido komun ay magbibigay daan sa isang malinaw na lohikal na kontradiksyon. Ito ay malinaw na ang bawat isa sa mga kambal ay hindi maaaring maging mas bata kaysa sa isa.

Nais ni Dingle na magtapos mula dito: maaaring ipagpalagay na ang kambal ay eksaktong magkaparehong edad sa pagtatapos ng paglalakbay, o ang prinsipyo ng relativity ay dapat iwanan.

Nang walang pagsasagawa ng anumang mga kalkulasyon, hindi mahirap maunawaan na may iba pa bukod sa dalawang alternatibong ito. Totoo na ang lahat ng paggalaw ay kamag-anak, ngunit sa kasong ito mayroong isang napakahalagang pagkakaiba sa pagitan ng kamag-anak na paggalaw ng isang astronaut at ang kamag-anak na paggalaw ng isang sopa na patatas. Ang homebody ay hindi gumagalaw na may kaugnayan sa uniberso.

Paano nakakaapekto ang pagkakaibang ito sa kabalintunaan?

Sabihin nating bumisita ang isang astronaut sa planeta X sa isang lugar sa kalawakan. Ang kanyang paglalakbay ay nagaganap sa patuloy na bilis. Ang orasan ng homebody ay naka-link sa inertial frame of reference ng Earth, at ang mga pagbabasa nito ay tumutugma sa lahat ng iba pang mga orasan sa Earth dahil ang mga ito ay nakatigil sa bawat isa. Ang relo ng astronaut ay konektado sa isa pang inertial frame of reference, sa barko. Kung ang barko ay patuloy na patungo sa parehong direksyon, walang magiging kabalintunaan dahil sa katotohanan na walang paraan upang ihambing ang mga pagbabasa ng parehong orasan.

Ngunit sa planeta X, huminto ang barko at tumalikod. Sa kasong ito, nagbabago ang inertial frame of reference: sa halip na isang frame ng reference ang lumayo sa Earth, may lalabas na frame na lumilipat patungo sa Earth. Sa pagbabagong ito, lumitaw ang napakalaking puwersa ng pagkawalang-galaw, dahil ang barko ay nakakaranas ng pagbilis kapag lumiko. At kung ang acceleration sa panahon ng pagliko ay napakalaki, kung gayon ang astronaut (at hindi ang kanyang kambal na kapatid sa Earth) ay mamamatay. Ang mga inertial na puwersa na ito ay lumitaw, siyempre, dahil sa ang katunayan na ang astronaut ay nagpapabilis na may paggalang sa uniberso. Hindi sila nagmula sa Earth dahil ang Earth ay hindi nakakaranas ng ganoong acceleration.

Mula sa isang punto ng view, ang isa ay maaaring sabihin na ang mga puwersa ng pagkawalang-galaw na nilikha ng acceleration "sanhi" ang orasan ng astronaut upang bumagal; mula sa ibang punto ng view, ang paglitaw ng acceleration ay nagpapakita lamang ng pagbabago sa frame of reference. Bilang resulta ng naturang pagbabago, ang linya ng mundo ng spacecraft, ang landas nito sa graph sa apat na dimensyon na espasyo - oras na nagbabago ang Minkowski upang ang kabuuang "tamang oras" ng paglalakbay pabalik ay mas mababa sa kabuuang tamang oras sa kahabaan ng linya ng mundo ng homebody twin. Kapag nagbago ang sistema ng sanggunian, kasangkot ang acceleration, ngunit tanging mga espesyal na equation ng teorya ang kasama sa pagkalkula.

Nananatili pa rin ang pagtutol ni Dingle, dahil ang eksaktong parehong mga kalkulasyon ay maaaring gawin sa ilalim ng pagpapalagay na ang nakapirming reference frame ay konektado sa barko at hindi sa Earth. Ngayon ang Earth ay nagpapatuloy, pagkatapos ay bumalik ito, binabago ang inertial frame of reference. Bakit hindi gawin ang parehong mga kalkulasyon at, sa batayan ng parehong mga equation, ipakita na ang oras sa Earth ay nasa likod? At ang mga kalkulasyon na ito ay magiging tama, kung walang isang pambihirang kahalagahan ng katotohanan: kapag ang Earth ay lumipat, ang buong Uniberso ay kikilos kasama nito. Kung umiikot ang Earth, iikot din ang Uniberso. Ang acceleration ng uniberso ay lilikha ng isang malakas na gravitational field. At gaya ng ipinakita na, ang gravity ay nagpapabagal sa orasan. Ang mga orasan sa Araw, halimbawa, ay mas madalang na tumitik kaysa sa mga nasa Earth, at mas madalas sa Earth kaysa sa mga nasa Buwan. Matapos gawin ang lahat ng mga kalkulasyon, lumalabas na ang gravitational field na nilikha ng acceleration ng space ay magpapabagal sa mga orasan sa spacecraft kumpara sa earth clock sa eksaktong kaparehong halaga ng bumagal ang mga ito sa nakaraang kaso. Ang gravitational field, siyempre, ay hindi nakaapekto sa earth clock. Ang Earth ay hindi gumagalaw na may kaugnayan sa kalawakan, samakatuwid, walang karagdagang gravitational field na lumitaw dito.

Ito ay nakapagtuturo upang isaalang-alang ang kaso kung saan ang eksaktong parehong pagkakaiba sa oras ay nangyayari, kahit na walang mga acceleration. Ang Spaceship A ay lumilipad lampas sa Earth sa patuloy na bilis, patungo sa planeta X. Sa sandaling madaanan ng barko ang Earth, ang orasan dito ay nakatakda sa zero. Ang Barko A ay nagpapatuloy sa pagpunta sa planeta X at dadaan ang sasakyang pangalangaang B na gumagalaw sa pare-parehong bilis sa kabilang direksyon. Sa sandali ng pinakamalapit na diskarte, ang barko A ay nag-uulat sa pamamagitan ng radyo upang ipadala ang B ng oras (sinusukat ng orasan nito) na lumipas mula noong ito ay dumaan sa Earth. Sa barko B, naaalala nila ang impormasyong ito at patuloy na gumagalaw patungo sa Earth sa patuloy na bilis. Sa pagdaan nila sa Earth, iuulat nila pabalik sa Earth ang oras na kinuha ni A sa paglalakbay mula sa Earth patungo sa planeta X, pati na rin ang oras na kinuha ni B (gaya ng sinusukat ng kanyang relo) upang maglakbay mula sa planeta X patungo sa Earth. Ang kabuuan ng dalawang agwat ng oras na ito ay magiging mas kaunti kaysa sa oras (sinusukat ng earth clock) na lumipas mula sa sandaling dumaan si A sa Earth hanggang sa sandaling dumaan ang B.

Ang pagkakaiba sa oras na ito ay maaaring kalkulahin gamit ang mga espesyal na equation ng teorya. Walang mga acceleration dito. Siyempre, sa kasong ito ay walang kambal na kabalintunaan, dahil walang astronaut na lumipad at bumalik. Maaaring ipagpalagay na ang naglalakbay na kambal ay sumakay sa barko A, pagkatapos ay lumipat sa barko B at bumalik; ngunit hindi ito magagawa nang hindi napupunta mula sa isang inertial frame of reference patungo sa isa pa. Upang makagawa ng ganoong transplant, kailangan siyang sumailalim sa kamangha-manghang malakas na puwersa ng pagkawalang-kilos. Ang mga puwersang ito ay dulot ng katotohanang nagbago ang frame of reference nito. Kung gugustuhin natin, masasabi nating ang mga puwersa ng pagkawalang-galaw ay nagpabagal sa orasan ng kambal. Gayunpaman, kung isasaalang-alang namin ang buong episode mula sa punto ng view ng naglalakbay na kambal, na nag-uugnay nito sa isang nakapirming frame ng sanggunian, kung gayon ang paglilipat ng kosmos, na lumilikha ng isang gravitational field, ay papasok sa pangangatwiran. (Ang pangunahing pinagmumulan ng pagkalito kapag isinasaalang-alang ang kambal na kabalintunaan ay ang posisyon ay maaaring ilarawan mula sa iba't ibang mga punto ng view.) Anuman ang punto ng view na pinagtibay, ang mga equation ng relativity ay palaging nagbibigay ng parehong pagkakaiba sa oras. Ang pagkakaibang ito ay maaaring makuha gamit lamang ang isang espesyal na teorya. At sa pangkalahatan, upang talakayin ang kambal na kabalintunaan, ginamit namin ang pangkalahatang teorya lamang upang pabulaanan ang mga pagtutol ni Dingle.

Kadalasan imposibleng matukoy kung alin sa mga posibilidad ang "tama". Lumilipad ba pabalik-balik ang naglalakbay na kambal, o ginagawa ito ng homebody nang may espasyo? May katotohanan: ang kamag-anak na galaw ng kambal. Gayunpaman, mayroong dalawang magkaibang paraan upang pag-usapan ito. Mula sa isang punto ng view, ang pagbabago sa inertial frame of reference ng astronaut, na lumilikha ng inertial forces, ay humahantong sa pagkakaiba sa edad. Mula sa isa pang punto ng view, ang epekto ng gravitational forces ay mas malaki kaysa sa epekto na nauugnay sa pagbabago sa inertial system ng Earth. Mula sa anumang punto ng view, ang homebody at ang kosmos ay nakatigil sa kaugnayan sa isa't isa. Kaya, ang sitwasyon ay ganap na naiiba mula sa iba't ibang mga punto ng view, sa kabila ng katotohanan na ang relativity ng paggalaw ay mahigpit na napanatili. Ang kabalintunaan na pagkakaiba sa edad ay ipinaliwanag anuman kung alin sa mga kambal ang itinuturing na nagpapahinga. Hindi na kailangang itapon ang teorya ng relativity.

At ngayon ang isang kawili-wiling tanong ay maaaring itanong.

Paano kung walang anuman sa kalawakan kundi dalawang sasakyang pangkalawakan, A at B? Hayaang magpadala ng A, gamit ang rocket engine nito, na magpabilis, gumawa ng mahabang paglalakbay at bumalik. Magkapareho ba ang kilos ng mga pre-synchronize na orasan sa parehong barko?

Ang sagot ay depende sa kung kukunin mo ang pananaw ni Eddington tungkol sa pagkawalang-kilos o kay Dennis Skyam. Mula sa pananaw ni Eddington, oo. Bumibilis ang Ship A na may paggalang sa sukatan ng espasyo-oras ng espasyo; barko B ay hindi. Ang kanilang pag-uugali ay hindi simetriko at magreresulta sa karaniwang pagkakaiba sa edad. Sa pananaw ni Skyam, hindi. Makatuwirang pag-usapan ang tungkol sa acceleration lamang na may kaugnayan sa iba pang materyal na katawan. Sa kasong ito, ang tanging mga item ay dalawang spaceship. Ang posisyon ay ganap na simetriko. Sa katunayan, sa kasong ito ay hindi maaaring magsalita ng isang inertial frame of reference dahil walang inertia (maliban sa napakahina na inertia na nilikha ng pagkakaroon ng dalawang barko). Mahirap hulaan kung ano ang mangyayari sa kalawakan nang walang inertia kung ang barko ay nagpaputok ng mga rocket engine nito! Gaya ng sinabi ni Skyama na may pag-iingat sa Ingles: "Magiging ibang-iba ang buhay sa gayong uniberso!"

Dahil ang pagbagal ng orasan ng naglalakbay na kambal ay makikita bilang isang gravitational phenomenon, ang anumang eksperimento na nagpapakita ng paghina ng oras sa ilalim ng impluwensya ng gravity ay isang hindi direktang kumpirmasyon ng twin paradox. Ang ilang mga naturang kumpirmasyon ay ginawa sa mga nakaraang taon na may isang kahanga-hangang bagong pamamaraan sa laboratoryo batay sa epekto ng Mössbauer. Ang batang German physicist na si Rudolf Mössbauer noong 1958 ay nakatuklas ng isang paraan para sa paggawa ng "nuclear clocks" na sumusukat sa oras na may hindi maisip na katumpakan. Isipin na ang isang orasan ay “tumatak ng limang beses sa isang segundo, at ang iba pang mga orasan ay tumitirik upang pagkatapos ng isang milyong milyong ticks sila ay isang-daan lamang ng isang tik sa likod. Ang epekto ng Mössbauer ay maaaring agad na matukoy na ang pangalawang orasan ay tumatakbo nang mas mabagal kaysa sa una!

Ang mga eksperimento gamit ang Mössbauer effect ay nagpakita na ang oras na malapit sa pundasyon ng isang gusali (kung saan mas malaki ang gravity) ay medyo mas mabagal kaysa sa bubong nito. Gaya ng sinabi ni Gamow: "Ang isang typist na nagtatrabaho sa unang palapag ng Empire State Building ay mas mabagal na tumatanda kaysa sa kanyang kambal na kapatid na babae na nagtatrabaho sa ilalim ng mismong bubong." Siyempre, ang pagkakaibang ito sa edad ay hindi mahahalata na maliit, ngunit ito ay naroroon at maaaring masukat.

Ang mga British physicist, gamit ang Mössbauer effect, ay natagpuan na ang isang nuclear clock na inilagay sa gilid ng isang mabilis na umiikot na disk na may diameter na 15 cm lamang ay medyo bumagal. Ang umiikot na orasan ay maaaring ituring na isang kambal na patuloy na nagbabago sa inertial frame of reference nito (o bilang isang kambal na apektado ng isang gravitational field kung ang disk ay itinuturing na nakapahinga at ang espasyo ay itinuturing na umiikot). Ang karanasang ito ay isang direktang pagsubok ng kambal na kabalintunaan. Ang pinakadirektang eksperimento ay isasagawa kapag ang isang nuclear na orasan ay inilagay sa isang artipisyal na satellite, na iikot sa mataas na bilis sa paligid ng mundo.

Pagkatapos ay ibabalik ang satellite at ang orasan ay ihahambing sa orasan na nanatili sa Earth. Siyempre, ang oras ay mabilis na nalalapit kung kailan ang astronaut ay makakagawa ng pinakatumpak na pagsusuri sa pamamagitan ng pagkuha ng isang nuclear na orasan kasama niya sa isang malayong paglalakbay sa kalawakan. Wala sa mga physicist, maliban kay Propesor Dingle, ang nag-aalinlangan na ang mga pagbabasa ng orasan ng astronaut pagkatapos ng kanyang pagbabalik sa Earth ay bahagyang mag-iiba mula sa mga nuclear na orasan na natitira sa Earth.

Gayunpaman, dapat tayong laging maging handa sa mga sorpresa. Tandaan ang eksperimento ng Michelson-Morley!

Mga Tala:

Gusali sa New York na may 102 palapag. - Tandaan. pagsasalin.

8 Ang Twin Paradox

Maraming mga siyentipiko ang hindi nagawang palayain ang kanilang sarili mula sa lumang, Newtonian na paraan ng pag-iisip.

Ang sagot ay depende sa bilis ng barko.

Isaalang-alang, halimbawa, ang sitwasyon kay Miss Kat mula sa kilalang joke rhyme:

Isang binibini na nagngangalang Kat

Lumipat ng mas mabilis kaysa sa liwanag.

Ngunit palaging nasa maling lugar ito:

Mabilis kang sumugod - darating ka sa kahapon.

Salin ni A. I. Baz

Nais ni Dingle na magtapos mula dito: maaaring ipagpalagay na ang kambal ay eksaktong magkaparehong edad sa pagtatapos ng paglalakbay, o ang prinsipyo ng relativity ay dapat iwanan.

Paano nakakaapekto ang pagkakaibang ito sa kabalintunaan?

At ngayon ang isang kawili-wiling tanong ay maaaring itanong.

Mula sa aklat ng may-akda

8. The Twin Paradox Ano ang reaksyon ng mga sikat na siyentipiko at pilosopo sa mundo sa kakaiba, bagong mundo ng relativity? Iba siya. Karamihan sa mga physicist at astronomer, napahiya sa paglabag sa "common sense" at sa mga paghihirap sa matematika ng pangkalahatang teorya

Otyutsky Gennady Pavlovich

Isinasaalang-alang ng artikulo ang umiiral na mga diskarte sa pagsasaalang-alang ng kambal na kabalintunaan. Ipinakita na kahit na ang pagbabalangkas ng kabalintunaan na ito ay konektado sa espesyal na teorya ng relativity, ang pangkalahatang teorya ng relativity ay kasangkot sa karamihan ng mga pagtatangka na ipaliwanag ito, na hindi tama sa pamamaraan. Pinatunayan ng may-akda ang panukala na ang mismong pagbabalangkas ng "kambal na kabalintunaan" ay sa simula ay hindi tama, dahil inilalarawan nito ang isang kaganapan na imposible sa loob ng balangkas ng espesyal na teorya ng relativity. Address ng artikulo: otm^.agat^a.ne^t^epa^/Z^SIU/b/3b.^t!

Pinagmulan

Mga agham pangkasaysayan, pilosopikal, pampulitika at legal, pag-aaral sa kultura at kasaysayan ng sining. Mga tanong ng teorya at kasanayan

Tambov: Diploma, 2017. No. 5(79) C. 129-131. ISSN 1997-292X.

Address ng journal: www.gramota.net/editions/3.html

Ang impormasyon tungkol sa posibilidad ng pag-publish ng mga artikulo sa journal ay makukuha sa website ng publisher: www.gramota.net Mga tanong na may kaugnayan sa paglalathala ng mga siyentipikong materyales, hinihiling ng mga editor na ipadala sa: [email protected]

Pilosopikal na Agham

Mga pangunahing salita at parirala: kambal na kabalintunaan; pangkalahatang teorya ng relativity; espesyal na teorya ng relativity; space; oras; pagkakasabay; A. Einstein.

Otyutsky Gennady Pavlovich, Doktor ng Pilosopiya n., propesor

Russian State Social University, Moscow

oII2ku [email protected] Tai-gi

ANG GEMINI PARADOX BILANG LOGICAL ERROR

Ang kambal na kabalintunaan ay naging paksa ng libu-libong publikasyon. Ang kabalintunaan na ito ay binibigyang kahulugan bilang isang eksperimento sa pag-iisip, ang ideya kung saan nabuo ng espesyal na teorya ng relativity (SRT). Mula sa pangunahing mga probisyon ng SRT (kabilang ang ideya ng pagkakapantay-pantay ng mga inertial reference system - IFR) sinusunod nito na mula sa punto ng view ng "nakatigil" na mga tagamasid, ang lahat ng mga proseso na nagaganap sa mga sistema na gumagalaw sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag ay dapat hindi maiwasang bumagal. Paunang kondisyon: isa sa magkapatid na kambal - isang manlalakbay - sumakay sa isang paglipad sa kalawakan sa bilis na maihahambing sa bilis ng liwanag c, at pagkatapos ay bumalik sa Earth. Ang pangalawang kapatid na lalaki - isang homebody - ay nananatili sa Earth: "Mula sa punto ng view ng isang homebody, ang orasan ng isang gumagalaw na manlalakbay ay may mabagal na paggalaw ng oras, samakatuwid, kapag bumalik, dapat silang mahuli sa orasan ng isang homebody. Sa kabilang banda, ang Earth ay gumagalaw na may kaugnayan sa manlalakbay, kaya ang orasan ng homebody ay dapat na nasa likod. Sa katunayan, ang mga kapatid ay pantay, samakatuwid, pagkatapos bumalik, ang kanilang mga relo ay dapat magpakita ng parehong oras.

Upang palalain ang "paradoxicality", ang katotohanan ay binibigyang diin na dahil sa pagbagal ng orasan, ang bumabalik na manlalakbay ay dapat na mas bata kaysa sa homebody. Minsang ipinakita ni J. Thomson na ang isang astronaut na lumilipad patungo sa "pinakamalapit na Centauri" na bituin ay tatanda (sa bilis na 0.5 ng s) sa pamamagitan ng 14.5 taon, habang 17 taon ang lilipas sa Earth. Gayunpaman, may kaugnayan sa astronaut, ang Earth ay nasa inertial motion, kaya ang earth clock ay bumagal, at ang homebody ay dapat maging mas bata kaysa sa manlalakbay. Ang tila paglabag sa simetrya ng magkapatid ay nagpapakita ng kabalintunaan na katangian ng sitwasyon.

Inilagay ni P. Langevin ang kabalintunaan sa anyo ng isang visual na kasaysayan ng kambal noong 1911. Ipinaliwanag niya ang kabalintunaan sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa pinabilis na paggalaw ng astronaut kapag bumalik sa Earth. Ang visual na pagbabalangkas ay nakakuha ng katanyagan at kalaunan ay ginamit sa mga paliwanag ni M. von Laue (1913), W. Pauli (1918) at iba pa. Isang surge of interest sa kabalintunaan noong 1950s. nauugnay sa pagnanais na mahulaan ang nakikinitaang hinaharap ng mga astronautika na pinapatakbo ng tao. Ang mga gawa ni G. Dingle ay kritikal na naintindihan, na noong 1956-1959. sinubukang pabulaanan ang nangingibabaw na mga paliwanag ng kabalintunaan. Isang artikulo ni M. Born ang nai-publish sa Russian, na naglalaman ng mga kontraargumento sa mga argumento ni Dingle. Ang mga mananaliksik ng Sobyet ay hindi rin tumabi.

Ang talakayan tungkol sa kambal na kabalintunaan ay nagpapatuloy hanggang sa araw na ito na may parehong mga layunin - alinman sa pagpapatunay o pagtanggi sa SRT sa kabuuan. Ang mga may-akda ng unang grupo ay naniniwala na ang kabalintunaan na ito ay isang maaasahang argumento para sa pagpapatunay ng hindi pagkakapare-pareho ng SRT. Kaya, si I. A. Vereshchagin, na tinutukoy ang SRT sa maling pagtuturo, ay nagtala tungkol sa kabalintunaan: "" Mas bata, ngunit mas matanda "at" mas matanda, ngunit mas bata "- gaya ng lagi mula noong panahon ni Eubulides. Ang mga teorista, sa halip na gumawa ng konklusyon tungkol sa kamalian ng teorya, ay naglalabas ng isang paghatol: alinman sa isa sa mga disputant ay magiging mas bata kaysa sa isa, o mananatili sila sa parehong edad. Sa batayan na ito, pinagtatalunan pa na ang SRT ay huminto sa pag-unlad ng pisika sa loob ng isang daang taon. Yu. A. Borisov ay higit pa: "Ang pagtuturo ng teorya ng relativity sa mga paaralan at unibersidad ng bansa ay may depekto, walang kahulugan at praktikal na kapakinabangan."

Naniniwala ang ibang mga may-akda na ang kabalintunaan na isinasaalang-alang ay maliwanag, at hindi ito nagpapahiwatig ng hindi pagkakapare-pareho ng SRT, ngunit, sa kabaligtaran, ay ang maaasahang kumpirmasyon nito. Nagbibigay sila ng mga kumplikadong kalkulasyon sa matematika upang isaalang-alang ang pagbabago sa reference frame ng manlalakbay at nagsusumikap na patunayan na ang SRT ay hindi sumasalungat sa mga katotohanan. Mayroong tatlong paraan upang patunayan ang kabalintunaan: 1) pagtukoy ng mga lohikal na pagkakamali sa pangangatwiran na humantong sa isang maliwanag na kontradiksyon; 2) detalyadong mga kalkulasyon ng dami ng oras na pagluwang mula sa mga posisyon ng bawat isa sa mga kambal; 3) pagsasama sa paradox substantiation system ng mga teorya maliban sa SRT. Ang mga paliwanag ng pangalawa at pangatlong grupo ay madalas na nagsalubong.

Ang pangkalahatang lohika ng "mga pagtanggi" ng mga konklusyon ng SRT ay kinabibilangan ng apat na magkakasunod na theses: 1) Ang isang manlalakbay, na lumilipad sa anumang orasan na hindi gumagalaw sa sistema ng homebody, ay nagmamasid sa kanilang mabagal na pagtakbo. 2) Ang kanilang mga naipon na pagbabasa sa isang mahabang flight ay maaaring mahuli sa mga pagbabasa ng relo ng manlalakbay hangga't gusto mo. 3) Ang pagkakaroon ng mabilis na paghinto, ang manlalakbay ay nagmamasid sa lag ng orasan na matatagpuan sa "stop point". 4) Ang lahat ng mga orasan sa "fixed" na sistema ay tumatakbo nang sabay-sabay, kaya ang orasan ng kapatid sa Earth ay mahuhuli din, na sumasalungat sa konklusyon ng SRT.

Publishing house GRAMOTA

Ang ikaapat na thesis ay kinuha para sa ipinagkaloob at kumikilos na parang ang pangwakas na konklusyon tungkol sa kabalintunaan na katangian ng sitwasyon na may kambal na may kaugnayan sa SRT. Ang unang dalawang theses ay talagang sumusunod na lohikal mula sa mga postulate ng SRT. Gayunpaman, ang mga may-akda na nagbabahagi ng lohika na ito ay hindi nais na makita na ang ikatlong thesis ay walang kinalaman sa SRT, dahil ang isang tao ay maaaring "mabilis na huminto" mula sa isang bilis na maihahambing sa bilis ng liwanag lamang sa pamamagitan ng pagkuha ng isang napakalaking deceleration dahil sa isang malakas na panlabas na puwersa. Gayunpaman, ang mga "refuters" ay nagpapanggap na walang makabuluhang nangyayari: ang manlalakbay ay "dapat pa ring obserbahan ang lag ng orasan na matatagpuan sa stopping point." Ngunit bakit "dapat obserbahan", dahil ang mga batas ng SRT ay huminto sa paggana sa sitwasyong ito? Walang malinaw na sagot, mas tiyak, ito ay postulated nang walang ebidensya.

Ang mga katulad na lohikal na paglukso ay katangian din ng mga may-akda na "nagpapatunay" sa kabalintunaan na ito sa pamamagitan ng pagpapakita ng kawalaan ng simetrya ng kambal. Para sa kanila, ang pangatlong tesis ay mapagpasyahan, dahil ito ay tiyak sa sitwasyon ng acceleration / deceleration na iniuugnay nila ang mga paglukso ng orasan. Ayon kay D. V. Skobeltsyn, "makatuwirang isaalang-alang ang "pagpabilis" na naranasan ng B sa simula ng paggalaw nito, sa kaibahan sa A, na ... sa lahat ng oras ay nananatiling hindi gumagalaw sa parehong inertial frame, bilang sanhi ng epekto [ng pagbagal ng orasan].” Sa katunayan, upang makabalik sa Earth, ang manlalakbay ay kailangang makaalis sa estado ng inertial motion, bumagal, umikot, at pagkatapos ay muling bumilis sa bilis na maihahambing sa bilis ng liwanag, at sa pag-abot sa Earth, mabagal. bumaba at huminto muli. Ang lohika ni D.V. Skobeltsyn, tulad ng marami sa kanyang mga nauna at tagasunod, ay batay sa thesis ni A. Einstein mismo, na, gayunpaman, ay bumalangkas ng kabalintunaan ng mga orasan (ngunit hindi "kambal"): "Kung mayroong dalawang magkasabay. tumatakbo ang mga orasan sa punto A, at inililipat namin ang ilan sa mga ito sa isang saradong kurba sa isang pare-parehong bilis hanggang sa bumalik sila sa A (na tatagal, sabihin nating, t sec), pagkatapos ang orasan na ito, pagdating sa A, ay mahuhuli kumpara sa ang orasan na nanatiling nakatigil. Ang pagkakaroon ng formulated the general theory of relativity (GR), Einstein tried to apply it in 1918 to explain the clock effect in a playful dialogue between Critic and Relativist. Ang kabalintunaan ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa impluwensya ng gravitational field sa pagbabago sa ritmo ng panahon [Ibid., p. 616-625].

Gayunpaman, ang pag-asa sa A. Einstein ay hindi nagliligtas sa mga may-akda mula sa teoretikal na pagpapalit, na nagiging malinaw kung ang isang simpleng pagkakatulad ay ibinigay. Isipin natin ang "Mga Panuntunan ng Daan" na may tanging panuntunan: "Gaano man kalawak ang kalsada, ang driver ay dapat magmaneho nang pantay at tuwid sa bilis na 60 km kada oras." Binubuo namin ang problema: ang isang kambal ay isang homebody, ang isa ay isang disiplinadong driver. Ano ang magiging edad ng bawat kambal kapag bumalik ang driver mula sa mahabang paglalakbay pauwi?

Ang gawaing ito ay hindi lamang walang solusyon, ngunit mali rin ang pagkakabalangkas: kung ang driver ay disiplinado, hindi siya makakauwi. Upang gawin ito, dapat niyang ilarawan ang isang kalahating bilog sa isang pare-pareho ang bilis (di-rectilinear na kilusan!), O pabagalin, huminto at magsimulang bumilis sa tapat na direksyon (hindi pantay na paggalaw!). Sa alinman sa mga pagpipilian, siya ay tumigil sa pagiging isang disiplinadong driver. Ang manlalakbay mula sa kabalintunaan ay ang parehong hindi disiplinadong kosmonaut na lumalabag sa mga postulate ng SRT.

Ang mga katulad na kaguluhan ay nauugnay sa mga paliwanag batay sa mga paghahambing ng mga linya ng mundo ng parehong kambal. Direktang ipinahiwatig na "ang linya ng mundo ng isang manlalakbay na lumipad palayo sa Earth at bumalik dito ay hindi isang tuwid na linya", i.e. gumagalaw ang sitwasyon mula sa globo ng SRT hanggang sa globo ng pangkalahatang relativity. Ngunit "kung ang kambal na kabalintunaan ay isang panloob na problema ng SRT, dapat itong malutas sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng SRT, nang hindi lalampas dito."

Maraming mga may-akda na "nagpapatunay" sa pagkakapare-pareho ng kambal na kabalintunaan ay isinasaalang-alang ang pag-iisip na eksperimento sa kambal at ang mga tunay na eksperimento sa mga muon ay katumbas. Kaya, naniniwala si A. S. Kamenev na sa kaso ng paggalaw ng mga cosmic particle, ang kababalaghan ng "kambal na kabalintunaan" ay nagpapakita mismo ng "napakapansin": "isang hindi matatag na muon (mu-meson) na gumagalaw sa isang sublight na bilis ay umiiral sa sarili nitong frame. ng sanggunian nang humigit-kumulang 10-6 segundo, pagkatapos ay kung paano ang buhay nito na nauugnay sa frame ng sanggunian ng laboratoryo ay lumalabas na humigit-kumulang dalawang order ng magnitude na mas mahaba (mga 10-4 sec), - ngunit dito ang bilis ng particle ay naiiba sa bilis ng magaan ng daan-daang porsyento lamang. Nagsusulat si D. V. Skobeltsyn tungkol sa pareho. Ang mga may-akda ay hindi nakikita o hindi nais na makita ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng sitwasyon ng kambal at ng sitwasyon ng mga muon: ang naglalakbay na kambal ay napipilitang lumabas mula sa pagsusumite sa mga postulate ng SRT, pagbabago ng bilis at direksyon ng paggalaw, at Ang mga muon sa buong panahon ay kumikilos tulad ng mga inertial system, samakatuwid ang kanilang pag-uugali ay maipaliwanag sa tulong ng STO.

Partikular na binigyang-diin ni A. Einstein na ang SRT ay nakikitungo sa mga inertial system at sa kanila lamang, na iginigiit ang pagkakapantay-pantay lamang ng lahat ng “Galilean (non-accelerated) coordinate system, i.e. tulad ng mga sistema, na may kaugnayan sa kung saan ang sapat na nakahiwalay na mga punto ng materyal ay gumagalaw nang rectilinearly at pantay. Dahil hindi isinasaalang-alang ng SRT ang mga naturang paggalaw (hindi pantay at hindi linear) dahil sa kung saan maaaring bumalik ang manlalakbay sa Earth, nagpapataw ang SRT ng pagbabawal sa naturang pagbabalik. Ang kambal na kabalintunaan, samakatuwid, ay hindi kabalintunaan sa lahat: hindi lamang ito mabubuo sa loob ng balangkas ng SRT, kung ang mga panimulang postulate kung saan ang teoryang ito ay batay ay mahigpit na kinuha bilang mga kinakailangan.

Kakaunti lamang ang mga mananaliksik na nagtatangkang isaalang-alang ang posisyon ng mga kambal sa isang pagbabalangkas na katugma sa SRT. Sa kasong ito, ang pag-uugali ng kambal ay itinuturing na kahalintulad sa kilalang pag-uugali ng mga muon. Ipinakilala ni V. G. Pivovarov at O. A. Nikonov ang konsepto ng dalawang "homebodies" A at B sa layo b sa IFR K, pati na rin ang isang manlalakbay C sa isang rocket K "na lumilipad na may bilis na V, maihahambing sa bilis.

liwanag (Larawan 1). Ang lahat ng tatlo ay ipinanganak sa parehong oras sa sandaling ang rocket ay dumaan sa punto C. Pagkatapos ng pagpupulong ng kambal na C at B, ang mga edad ng A at C ay maaaring ihambing gamit ang tagapamagitan B, na isang kopya ng kambal na A (Fig. 2).

Naniniwala ang Twin A na sa sandaling magkita sina B at C, ang orasan ng twin C ay magpapakita ng mas maikling oras. Naniniwala si Twin C na siya ay nagpapahinga, samakatuwid, dahil sa relativistic na pagbagal ng orasan, mas kaunting oras ang lilipas para sa kambal na A at B. Isang tipikal na kambal na kabalintunaan ang nakuha.

kanin. 1. Ang kambal A at C ay ipinanganak kasabay ng kambal B ayon sa ISO K "

kanin. 2. Nagtagpo ang kambal na B at C pagkatapos maglakbay ng layo ang kambal C sa L

Tinutukoy namin ang interesadong mambabasa sa mga kalkulasyon ng matematika na ibinigay sa artikulo. Manatili lamang tayo sa mga husay na konklusyon ng mga may-akda. Sa ISO K, lumilipad ang kambal C sa distansya b sa pagitan ng A at B sa bilis na V. Matutukoy nito ang sariling edad ng kambal A at B sa oras na magkita ang B at C. lumilipad ang bilis L" - ang distansya sa pagitan ng A at B sa ang sistema K". Ayon sa SRT, ang b" ay mas maikli kaysa sa distansya b. Nangangahulugan ito na ang oras na ginugol ng kambal C ayon sa kanyang sariling orasan para sa paglipad sa pagitan ng A at B ay mas mababa kaysa sa edad ng kambal na A at B. Ang mga may-akda ng artikulo ay nagbibigay-diin na sa sandali ng pagkikita ng kambal na B at C , ang sariling edad ng kambal na A at B ay naiiba sa sariling edad ng kambal na si C, at "ang dahilan ng pagkakaibang ito ay ang kawalaan ng simetrya ng mga unang kondisyon ng problema" [Ibid., p. 140].

Kaya, ang teoretikal na pagbabalangkas ng sitwasyon na may kambal na iminungkahi nina V. G. Pivovarov at O. A. Nikonov (katugma sa mga postulates ng SRT) ay naging katulad ng sitwasyon sa mga muon, na kinumpirma ng mga pisikal na eksperimento.

Ang klasikal na pagbabalangkas ng "kambal na kabalintunaan" sa kaso kapag ito ay nauugnay sa SRT ay isang elementarya na lohikal na kamalian. Bilang isang lohikal na kamalian, ang kambal na kabalintunaan sa "klasikal" na pagbabalangkas nito ay hindi maaaring maging argumento para sa o laban sa SRT.

Ibig bang sabihin ay hindi na mapag-usapan ang kambal na thesis? Syempre kaya mo. Ngunit kung pinag-uusapan natin ang klasikal na pagbabalangkas, dapat itong ituring bilang isang thesis-hypothesis, ngunit hindi bilang isang kabalintunaan na nauugnay sa SRT, dahil ang mga konsepto na nasa labas ng SRT ay ginagamit upang patunayan ang thesis. Kapansin-pansin ang karagdagang pag-unlad ng diskarte ni V. G. Pivovarov at O. A. Nikonov at ang talakayan ng kambal na kabalintunaan sa isang pagbabalangkas na naiiba sa pag-unawa kay P. Langevin at katugma sa mga postulates ng SRT.

Listahan ng mga mapagkukunan

1. Borisov Yu. A. Pagsusuri ng pagpuna sa teorya ng relativity // International Journal of Applied and Fundamental Research. 2016. Bilang 3. S. 382-392.

2. Ipinanganak M. Space travel and the clock paradox // Uspekhi fizicheskikh nauk. 1959. T. LXIX. pp. 105-110.

3. Vereshchagin I. A. Mga maling turo at parascience ng ikadalawampu siglo. Bahagi 2 // Mga tagumpay ng modernong natural na agham. 2007. Bilang 7. S. 28-34.

4. Kamenev AS Einstein's theory of relativity at ilang pilosopikal na problema ng panahon // Bulletin ng Moscow State Pedagogical University. Serye "Philosophical Sciences". 2015. Bilang 2 (14). pp. 42-59.

5. Kambal na kabalintunaan [Electronic resource]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Twin_Paradox (Na-access: 03/31/2017).

6. Pivovarov V. G., Nikonov O. A. Mga komento sa kambal na kabalintunaan // Bulletin ng Murmansk State Technical University. 2000. V. 3. Blg. 1. S. 137-144.

7. D. V. Skobel’tsyn, Ang kambal na kabalintunaan at ang teorya ng relativity. M.: Nauka, 1966. 192 p.

8. Ya. P. Terletsky, Mga Kabalintunaan ng Teorya ng Relativity. M.: Nauka, 1966. 120 p.

9. Thomson J.P. Nakikinita ang hinaharap. M.: Panitikang Banyaga, 1958. 176 p.

10. Einstein A. Koleksyon ng mga siyentipikong papel. M.: Nauka, 1965. T. 1. Gumagana sa teorya ng relativity 1905-1920. 700 s.

ANG KAMBAL NA PARADOX BILANG LOGIC ERROR

Otyutskii Gennadii Pavlovich, Doktor sa Pilosopiya, Propesor, Russian State Social University sa Moscow [email protected] en

Ang artikulo ay tumatalakay sa mga umiiral na diskarte sa pagsasaalang-alang ng kambal na kabalintunaan. Ipinakita na kahit na ang pagbabalangkas ng kabalintunaan na ito ay nauugnay sa espesyal na teorya ng relativity, ang pangkalahatang teorya ng relativity ay ginagamit din sa karamihan ng mga pagtatangka na ipaliwanag ito, na hindi tama sa pamamaraan. Pinagbabatayan ng may-akda ang isang panukala na ang pormulasyon ng "kambal na kabalintunaan" mismo ay sa simula ay hindi tama, dahil inilalarawan nito ang kaganapan na imposible sa loob ng balangkas ng espesyal na teorya ng relativity.

Mga pangunahing salita at parirala: kambal na kabalintunaan; pangkalahatang teorya ng relativity; espesyal na teorya ng relativity; space; oras; kunwa; A. Einstein.

Ang pangunahing layunin ng eksperimento sa pag-iisip na tinatawag na "Twin Paradox" ay upang pabulaanan ang lohika at bisa ng espesyal na teorya ng relativity (SRT). Ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit kaagad na talagang walang tanong ng anumang kabalintunaan, at ang salita mismo ay lilitaw sa paksang ito dahil ang kakanyahan ng eksperimento sa pag-iisip ay una nang hindi naiintindihan.

Ang pangunahing ideya ng STO

Ang kabalintunaan (kambal na kabalintunaan) ay nagsasabi na ang isang "nakatigil" na tagamasid ay nakikita ang mga proseso ng paglipat ng mga bagay bilang bumagal. Alinsunod sa parehong teorya, ang mga inertial na frame ng sanggunian (mga frame kung saan ang paggalaw ng mga libreng katawan ay nangyayari sa isang tuwid na linya at pare-pareho, o sila ay nasa pahinga) ay pantay na nauugnay sa bawat isa.

Ang kambal na kabalintunaan sa madaling sabi

Isinasaalang-alang ang pangalawang postulate, lumitaw ang isang palagay tungkol sa hindi pagkakapare-pareho. Upang malutas ang problemang ito sa paningin, iminungkahi na isaalang-alang ang sitwasyon sa dalawang kambal na kapatid. Ang isa (may kondisyon - isang manlalakbay) ay ipinadala sa isang paglipad sa kalawakan, at ang isa pa (isang tahanan) ay naiwan sa planetang Earth.

Ang pormulasyon ng kambal na kabalintunaan sa ilalim ng mga ganitong kondisyon ay kadalasang ganito ang tunog: ayon sa homebody, ang oras sa orasan na mayroon ang manlalakbay ay mas mabagal na gumagalaw, na nangangahulugang kapag siya ay bumalik, ang kanyang (ng manlalakbay) na orasan ay mahuhuli. Ang manlalakbay, sa kabaligtaran, ay nakikita na ang Earth ay gumagalaw na may kaugnayan sa kanya (kung saan mayroong isang homebody kasama ang kanyang relo), at, mula sa kanyang pananaw, ito ay ang kanyang kapatid na magpapalipas ng oras nang mas mabagal.

Sa katotohanan, ang magkapatid na lalaki ay nasa pantay na katayuan, na nangangahulugan na kapag sila ay magkasama, ang oras sa kanilang mga orasan ay magiging pareho. Kasabay nito, ayon sa teorya ng relativity, ang relo ng kapatid na manlalakbay ang dapat na huli. Ang nasabing paglabag sa maliwanag na simetrya ay itinuturing na isang hindi pagkakapare-pareho sa mga probisyon ng teorya.

Kambal na kabalintunaan mula sa teorya ng relativity ni Einstein

Noong 1905, nakuha ni Albert Einstein ang isang teorama na nagsasaad na kapag ang isang pares ng mga orasan na naka-synchronize sa isa't isa ay nasa punto A, ang isa sa mga ito ay maaaring ilipat kasama ang isang curved closed trajectory sa isang pare-parehong bilis hanggang sa muli nilang maabot ang point A (at dito. ay gagastusin, halimbawa, t segundo), ngunit sa oras ng pagdating ay magpapakita sila ng mas kaunting oras kaysa sa orasan na nanatiling hindi gumagalaw.

Pagkalipas ng anim na taon, binigyan ni Paul Langevin ang teoryang ito ng katayuan ng isang kabalintunaan. "Nakabalot" sa isang biswal na kuwento, hindi nagtagal ay naging popular ito kahit sa mga taong malayo sa agham. Ayon kay Langevin mismo, ang mga hindi pagkakapare-pareho sa teorya ay dahil sa ang katunayan na, pagbalik sa Earth, ang manlalakbay ay lumipat sa isang pinabilis na rate.

Pagkalipas ng dalawang taon, iniharap ni Max von Laue ang isang bersyon na hindi ang mga sandali ng acceleration ng isang bagay ang mahalaga, ngunit ang katotohanang nahuhulog ito sa ibang inertial frame of reference kapag nahanap nito ang sarili nito sa Earth.

Sa wakas, noong 1918, si Einstein mismo ay nakapagpaliwanag ng kabalintunaan ng dalawang kambal sa pamamagitan ng impluwensya ng gravitational field sa paglipas ng panahon.

Pagpapaliwanag ng kabalintunaan

Ang kambal na kabalintunaan ay may medyo simpleng paliwanag: ang paunang pagpapalagay ng pagkakapantay-pantay sa pagitan ng dalawang frame ng sanggunian ay hindi tama. Ang manlalakbay ay hindi nanatili sa inertial frame of reference sa lahat ng oras (ang parehong naaangkop sa kuwento sa orasan).

Bilang kinahinatnan, marami ang nadama na ang espesyal na relativity ay hindi magagamit upang wastong bumalangkas ng kambal na kabalintunaan, kung hindi ay magreresulta ang hindi magkatugma na mga hula.

Nalutas ang lahat noong ito ay ginawa. Nagbigay ito ng eksaktong solusyon para sa umiiral na problema at nakumpirma na sa isang pares ng naka-synchronize na orasan, ang mga gumagalaw ang mahuhuli. Kaya ang paunang kabalintunaan na gawain ay nakatanggap ng katayuan ng isang ordinaryong.

kontrobersyal na mga punto

May mga pagpapalagay na ang sandali ng acceleration ay sapat na makabuluhan upang baguhin ang bilis ng orasan. Ngunit sa kurso ng maraming mga eksperimentong pagsubok, napatunayan na sa ilalim ng impluwensya ng acceleration, ang paggalaw ng oras ay hindi bumibilis o bumagal.

Bilang resulta, ang segment ng trajectory, kung saan pinabilis ng isa sa mga kapatid, ay nagpapakita lamang ng ilang asymmetry na nangyayari sa pagitan ng manlalakbay at ng homebody.

Ngunit hindi maipaliwanag ng pahayag na ito kung bakit bumagal ang oras para sa isang gumagalaw na bagay, at hindi para sa isang bagay na nananatiling nakapahinga.

Pagpapatunay sa pamamagitan ng pagsasanay

Ang mga formula at theorems ay tumpak na naglalarawan ng kambal na kabalintunaan, ngunit ito ay medyo mahirap para sa isang walang kakayahan na tao. Para sa mga mas hilig magtiwala sa kasanayan, sa halip na mga teoretikal na kalkulasyon, maraming mga eksperimento ang isinagawa, ang layunin nito ay patunayan o pabulaanan ang teorya ng relativity.

Sa isang kaso, ginamit ang mga ito. Napakatumpak ng mga ito, at para sa pinakamababang desynchronization kakailanganin nila ng higit sa isang milyong taon. Inilagay sa isang pampasaherong eroplano, umikot sila sa Earth nang maraming beses at pagkatapos ay nagpakita ng isang kapansin-pansing pagkahuli sa likod ng mga relo na hindi lumipad kahit saan. At ito sa kabila ng katotohanan na ang bilis ng paggalaw ng unang sample ng relo ay malayo sa liwanag.

Isa pang halimbawa: mas mahaba ang buhay ng mga muon (heavy electron). Ang mga elementarya na particle na ito ay ilang daang beses na mas mabigat kaysa sa ordinaryong mga particle, may negatibong singil at nabuo sa itaas na layer ng atmospera ng mundo dahil sa pagkilos ng mga cosmic ray. Ang bilis ng kanilang paggalaw patungo sa Earth ay bahagyang mas mababa sa bilis ng liwanag. Sa kanilang tunay na habang-buhay (2 microseconds), naagnas na sana sila bago nila mahawakan ang ibabaw ng planeta. Ngunit sa panahon ng paglipad, nabubuhay sila ng 15 beses na mas mahaba (30 microseconds) at naabot pa rin ang layunin.

Ang pisikal na sanhi ng kabalintunaan at pagpapalitan ng mga senyales

Ipinapaliwanag din ng pisika ang kambal na kabalintunaan sa isang mas madaling naa-access na wika. Sa panahon ng paglipad, ang magkapatid na kambal ay wala sa hanay para sa isa't isa at halos hindi makasigurado na ang kanilang mga orasan ay gumagalaw nang naka-sync. Posibleng matukoy nang eksakto kung gaano bumagal ang paggalaw ng mga orasan ng manlalakbay kung susuriin natin ang mga signal na ipapadala nila sa isa't isa. Ito ay mga karaniwang signal ng "eksaktong oras", na ipinahayag bilang mga light pulse o pagpapadala ng video ng mukha ng orasan.

Kailangan mong maunawaan na ang signal ay hindi maipapadala sa kasalukuyang panahon, ngunit sa nakaraan, dahil ang signal ay kumakalat sa isang tiyak na bilis at nangangailangan ng isang tiyak na oras upang maipasa mula sa pinagmulan patungo sa receiver.

Posibleng suriin nang tama ang resulta ng diyalogo ng signal na isinasaalang-alang lamang ang epekto ng Doppler: kapag lumayo ang pinagmulan mula sa receiver, bababa ang dalas ng signal, at kapag nilapitan, tataas ito.

Pagbubuo ng isang paliwanag sa mga sitwasyong paradoxical

Mayroong dalawang pangunahing paraan upang ipaliwanag ang mga kabalintunaan ng kambal na kuwentong ito:

Maingat na pagsasaalang-alang ng mga umiiral na lohikal na konstruksyon para sa mga kontradiksyon at pagtukoy ng mga lohikal na pagkakamali sa hanay ng pangangatwiran.
Pagpapatupad ng mga detalyadong kalkulasyon upang masuri ang katotohanan ng pagbabawas ng bilis ng oras mula sa punto ng view ng bawat isa sa mga kapatid.

Kasama sa unang pangkat ang mga computational expression batay sa SRT at nakasulat sa Dito ay nauunawaan na ang mga sandali na nauugnay sa acceleration ng paggalaw ay napakaliit na may kaugnayan sa kabuuang haba ng paglipad na maaari silang mapabayaan. Sa ilang mga kaso, maaari silang magpakilala ng ikatlong inertial frame of reference, na gumagalaw sa kabaligtaran na direksyon kaugnay ng manlalakbay at ginagamit upang magpadala ng data mula sa kanyang relo patungo sa Earth.

Kasama sa pangalawang pangkat ang mga kalkulasyon na binuo na isinasaalang-alang ang katotohanan na ang mga sandali ng pinabilis na paggalaw ay naroroon pa rin. Ang grupong ito mismo ay nahahati din sa dalawang subgroup: ang isa ay gumagamit ng gravitational theory (GR), at ang isa ay hindi. Kung ang pangkalahatang relativity ay kasangkot, pagkatapos ay nauunawaan na ang gravitational field ay lilitaw sa equation, na tumutugma sa acceleration ng system, at ang pagbabago sa bilis ng oras ay isinasaalang-alang.

Konklusyon

Ang lahat ng mga talakayan na konektado sa isang haka-haka na kabalintunaan ay dahil lamang sa isang maliwanag na lohikal na pagkakamali. Hindi mahalaga kung paano nabuo ang mga kondisyon ng problema, imposibleng matiyak na ang mga kapatid ay nasa ganap na simetriko na mga kondisyon. Mahalagang isaalang-alang na tiyak na bumagal ang oras sa mga gumagalaw na orasan, na kailangang dumaan sa pagbabago sa mga sistema ng sanggunian, dahil ang pagkakasabay ng mga kaganapan ay kamag-anak.

Mayroong dalawang paraan upang kalkulahin kung gaano karaming oras ang bumagal mula sa punto ng view ng bawat isa sa mga kapatid: gamit ang pinakasimpleng mga aksyon sa loob ng balangkas ng espesyal na teorya ng relativity o tumutuon sa mga non-inertial na frame ng sanggunian. Ang mga resulta ng parehong kadena ng pagkalkula ay maaaring magkatugma at pantay na nagsisilbing kumpirmasyon na ang oras ay lumilipas nang mas mabagal sa isang gumagalaw na orasan.

Sa batayan na ito, maaaring ipagpalagay na kapag ang eksperimento sa pag-iisip ay inilipat sa katotohanan, ang pumapalit sa isang homebody ay talagang tatanda nang mas mabilis kaysa sa manlalakbay.

Portal para sa mag-aaral. Pagsasanay sa sarili