Gamta kupina nuostabių dalykų ir paradoksų. Ir vienas iš jų, susijęs su judėjimu su šviesos greičiu, vadinamas „dvynių paradoksu“.
Tikriausiai esate susipažinęs su pusinės eliminacijos periodu: daugelis subatominių dalelių yra nestabilios ir per trumpą laiką suyra (virsta kažkuo kitu). Dalelės pusinės eliminacijos laikas yra laikas, kurio reikia „palaukti“, kad būtų pasiekta 50% skilimo tikimybė.
- „Salik.biz“
Pavyzdžiui, muonų pusinės eliminacijos laikas yra 2,2 mikrosekundės. Jei turėtumėte 100 muonų, per 2,2 mikrosekundės liktų tik 50 muonų, tiesa? Tiesą sakant, nebūtinai.
2,2 mikrosekundės yra praleistas laikas muonui. Jei turite saujelę 100 nejudančių muonų, po 2,2 mikrosekundžių jų bus apie 50. Bet jei turite draugą, kuris skrenda raketoje esant 50% šviesos greičio, tada, kai jums praeis 10 sekundžių, prireiks 8, 66 sekundės.
Pasirodo, tai galioja ir muonams. Taigi, jei jūsų 100 muonų nėra statiški, bet juda dalelių greitintuvu 50% šviesos greičio, tada po 2,2 mikrosekundės iš jūsų pusės jis bus apie 1,9 mikrosekundės muonams. Tai reiškia, kad iki to laiko jūs turėsite apie 55 muonus.
Jūsų orientaciniame rėmelyje praleistų 2,54 mikrosekundžių, o 2,2 mikrosekundžių - muonams. Taigi po 2,54 mikrosekundės jums liko 50 muonų.
Ką su tuo turi dvynukai?
Reklaminis vaizdo įrašas:
Galbūt jūs skaitote ir galvojate: ką su tuo turi dvynukai ir paradoksai? Žinote, tai labai geras ir laiku pateiktas klausimas.
Įsivaizduokite, kad turite brolį dvynį. Ir net jaunystėje jūs sužinojote, kad jis yra piktadarys ir planavo užvaldyti pasaulį. Norėdami atsikratyti planetos jo monstriškų planų, jūs išpumpuojate jam migdomąsias tabletes, įstatote jį į raketą ir 90% šviesos greičio nukreipiate toli nuo Žemės.
Deja, dėl laiko išsiplėtimo jūsų dvyniams laikas praeina žymiai lėčiau. Per tavo devynerius metus jam praeina tik ketveri metai. Jei po devynerių jūsų metų jam pavyks apversti laivą ir grįžti tokiu pačiu greičiu, jums sukaks 18 metų, o jam - tik aštuoni!
Paprastai tai baigiasi diskusijomis apie paradoksą, kurį 1911 m. Paulius Langevinas pasiūlė kaip minčių eksperimentą, ir tuo viskas ir baigiasi. Tačiau atidžiau ištyrus „dvynių paradoksą“, kyla įdomus klausimas.
Paulius Langevinas.
Savo blogojo dvynio požiūriu Žemė ir jūs judėjote 90% šviesos greičio. Taigi po devynerių metų jam turėtų praeiti tik ketveri metai. Kitaip tariant, jei jūsų dvynys mano, kad nuo išvykimo į jį grįžti praėjo aštuoneri metai, tada jums turėjo būti tik treji su puse metų!
Taigi, kai grįš jūsų piktasis dvynukas, kuris iš jūsų bus vyresnis? Tai yra būtent paradoksas.
Gali atrodyti, kad šis klausimas yra specialiosios reliatyvumo teorijos nuosprendis. Kai kurie šiandien visas svetaines skiria SRT „atskleidimui“. Tačiau mes galime moksliškai įrodyti, kad vienas iš dvynių iš tikrųjų bus vyresnis.
Dvynių paradoksas yra viena iš tų problemų, kuri turi vieną elegantišką sprendimą (arba, galima sakyti, atsakymą). Kaip jūs jau supratote, ši užduotis apima relativistinį laiko išplėtimą pagal specialiojo reliatyvumo teoriją.
Sprendimas
Kreipdamiesi į paradokso sprendimą, pirmiausia įsivaizduokite, kad jūs ir jūsų dvyniai laikrodį laikote rankose, o jūsų draugė gali sekti laiką ant jūsų ir jo laikrodžio. Galite savarankiškai sekti laiką laikrodyje, o savo dvynį - ant jo: visi yra ten, kur yra. Bet tai yra neįprastas laikrodis: jis tiks tik vieną kartą per metus - Žemės išganymo nuo jūsų pikto egzemplioriaus metinių dieną. Šią dieną taip pat galite keistis žinutėmis elektromagnetinio impulso pavidalu (juk jūs esate šeima). Ir čia verta paminėti, kad iš teleskopo sklindanti šviesa ir siunčiamas elektromagnetinis signalas juda tuo pačiu greičiu.
Jei nubraižysime laiko ir erdvės diagramą jums ir jūsų dvyniams, gausime šią formulę:
Dvynių paradoksų diagrama / Mokslo ABC / Nuogas mokslas.
Kairėje esančioje nuotraukoje esate su savo atskaitos rėmais. Dešinėje matome du atskaitos rėmus, atitinkančius jūsų brolio išvykimą ir sugrįžimą.
Atliksime skaičiavimus, atitinkančius jūsų orientacinę struktūrą. Tarkime, kad jūsų dvynui yra 2,67 šviesmečio viena kryptimi. Dabar, kai žinome atstumą ir greitį, kuriuo jis juda, galime apskaičiuoti laiką, kurio prireikė kelionei: šiek tiek daugiau nei per dvejus su puse metų. Jūsų požiūriu, dvynių kelionė užtruko apie šešerius metus.
Taigi paaiškėja, kad piktasis brolis dvynys grįš į Žemę, kad sugadintų jį maždaug per šešerius tavo metus, nors jam tai bus šiek tiek daugiau nei dveji su puse metų. Taigi kuo daugiau objektų greitis artėja prie šviesos greičio, tuo labiau jų „patirtis“sulėtėja, palyginti su kitais objektais, kurie nejuda greičiu, santykinai artimu šviesos greičiui, nesvarbu, ar tai būtų žmogus, ar muonas.
Vladimiras Guillenas