Парадокс близнецов

    Содержание 

Введение………………………………………………………………………..4 

Описание  эксперимента……………………………………………………...4

Инерциальная  система отсчёта (ИСО)……………………………………10

Физическая  сущность парадокса  близнецов……………………………..13

Первопричины  парадокса близнецов……………………………………..14

Результаты непосредственных наблюдений……………………………..17 

Заключение…………………………………………………………………...20

Список  литературы………………………………………………………….21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение 

    Рассмотрим, пожалуй, самый известный из парадоксов относительности, который называется "парадокс близнецов".

    Никакого парадокса на самом деле нет, а проистекает он от неправильного понимания происходящего. И если всё правильно понять, а это, уверяю, совсем не сложно, то никакого парадокса не будет.

    Начнём  мы с логической части, где посмотрим, как парадокс получается и какие логические ошибки к нему приводят. А потом перейдем к предметной части, в которой посмотрим механику того, что происходит при парадоксе.

    Сперва  напомню наше базовое рассуждение  о замедлении времени.

    Итак, постулат относительности гласит, что скорость света одинакова с точки зрения всех наблюдателей (во всех системах отсчёта, выражаясь наукообразно). Так вот, даже если наблюдатель полетит вдогонку свету со скоростью 2/3 скорости света, он всё равно увидит, что свет убегает от него с прежней скоростью.

    Давайте посмотрим на эту ситуацию со стороны. Свет летит вперед со скоростью 300000 км/с, а вдогонку ему летит наблюдатель, со скоростью 200000 км/с. Мы-то видим, что  расстояние между наблюдателем и  светом уменьшается со скоростью 100000 км/с, но сам наблюдатель этого не видит, а видит те же самые 300000 км/с. Как это может быть так? Единственной (почти! ;-) причиной такому явлению может быть то, что наблюдатель замедлен. Он медленно двигается, медленно дышит и медленно измеряет скорость по медленным часам. В результате удаление со скоростью 100000 км/с он воспринимает, как удаление со скоростью 300000 км/с.  
 
 
 

    Описание  эксперимента 

    Чтобы драматизировать данный вывод, неведомый  автор из прошлого, возможно, сам  Эйнштейн, придумал следующий мысленный эксперимент. На земле живут два брата-близнеца - Костя и Яша.

Если  бы братья жили вместе на земле, то они  синхронно прошли бы следующие стадии взросления и старения (прошу прощения за некоторую условность):

    Но  всё происходит не так.

    Еще подростком Костя, назовём его космическим  братом, садится в ракету и отправляется к звезде, расположенной в нескольких десятках световых лет от Земли.

    

    Полёт совершается с околосветовой  скоростью и поэтому путь туда и обратно занимает шестьдесят лет.

    Костя, которого назовём земным братом, никуда не летит, а терпеливо ждет своего родственника дома.

    

    Предсказание  относительности

    Когда космический брат возвращается, то земной оказывается постаревшим на шестьдесят лет.

    Однако, поскольку космический брат находился  всё время в движении, его время  шло медленнее, поэтому, по возвращении, он окажется постаревшим всего на 30 лет. Один близнец окажется старше другого!

    Многим  кажется, что данное предсказание ошибочно и эти люди называют парадоксом близнецов  само это предсказание. Но это не так. Предсказание совершенно истинно  и мир устроен именно так!

    Давайте еще раз посмотрим логику предсказания. Допустим, земной брат неотрывно наблюдает за космическим.

    Кстати, я уже неоднократно говорил о  том, что многие допускают здесь  ошибку, неправильно интерпретируя  понятие "наблюдает". Они думают, что наблюдение обязательно должно происходить при помощи света, например, в телескоп. Тогда, думают они, поскольку свет распространяется с конечной скоростью, всё, что наблюдается, будет видеться таким, каким оно было раньше, в момент испускания света. Из-за этого, думают эти люди, и возникает замедление времени, которое, таким образом, является кажущимся явлением.

    Другим  вариантом этого же заблуждения  является списание всех явлений на эффект Доплера: поскольку космический  брат удаляется от земного, то каждый новый "кадр изображения" приходит на Землю всё позже, а сами кадры, таким образом, следуют реже, чем надо, и влекут за собой замедление времени.

    Оба объяснения неверны. Теория относительности  не настолько глупа, чтобы не учитывать  эти эффекты. Посмотрите сами на наше утверждение относительно скорости света. Мы там написали "всё равно увидит, что", но мы не имели в виду именно "увидит глазами". Мы имели в виду "получит в результате, с учётом всех известных явлений". Обратите внимание, что вся логика рассуждений нигде не основывается на том, что наблюдение происходит при помощи света. И если Вы всё время представляли себе именно это, то перечитайте всё заново, представляя, как надо!

    Для неотрывного наблюдения надо, чтобы космический брат, допустим, каждый месяц отсылал на Землю факсы (по радио, со скоростью света) со своим изображением, а земной брат развешивал бы их на календаре с учётом задержки передачи. Получалось бы, что сначала земно брат вешает свою фотографию, а фотографию брата того же времени вешает позже, когда она до него долетает.

    По  теории он будет всё время видеть, что время у космического брата  течёт медленнее. Оно будет течь медленнее в начале пути, в первой четверти пути, в последней четверти пути, в конце пути. И из-за этого будет постоянно накапливаться отставание. Только во время разворота космического брата, в тот миг, когда он остановится, чтобы полететь назад, его время будет идти с той же скоростью, что и на Земле. Но это не изменит итогового результата, так как суммарное отставание всё равно будет. Следовательно, в момент возвращения космического брата отставание сохранится и значит, оно уже останется навсегда.

    Как видите, логических ошибок тут нет. Однако, вывод выглядит очень удивительным. Но тут ничего не поделаешь: мы живем  в удивительном мире. Данный вывод  многократно подтверждался, как  для элементарных частиц, которые  проживали больше времени, если находились в движении, так и для самых обыкновенных, только очень точных (атомных) часов, которые отправлялись в космический полёт и потом обнаруживалось, что они отстают от лабораторных на доли секунды.

    Подтвердился  не только сам факт отставания, но и его численное значение, которое можно рассчитать по формулам из одного из предыдущих выпусков.

    Кажущееся противоречие

    Итак, отставание будет. Космический брат будет моложе земного, можете не сомневаться.

    Но  возникает другой вопрос. Ведь движение относительно! Следовательно, можно  считать, что космический брат никуда не летал, а оставался всё время  неподвижным. Зато вместо него в путешествие  летал земной брат, вместе с самой планетой Земля и всем остальным. А раз так, то значит больше постареть должен космический брат, а земной - остаться более молодым.

    Получается  противоречие: оба рассмотрения, которые  должны быть равнозначными по теории относительности, приводят к противоположным выводам.

    Вот это противоречие и называется парадоксом близнецов.

    Инерциальные  и неинерциальные системы отсчёта

    Как же нам разрешить это противоречие? Как известно, противоречий быть не может .

    Поэтому мы должны придумать, что же мы такого не учли, из-за чего возникло противоречие?

    Сам вывод того, что время должно замедляться - безупречен, ибо он слишком прост. Следовательно, ошибка в рассуждениях должна присутствовать позже, там, где  мы предположили, что братья равноправны. Значит, на самом деле братья неравноправны!

    Я уже говорил в самом первом выпуске, что не всякая относительность, которая кажется, существует на самом  деле. Например, может показаться, что  если космический брат разгоняется  прочь от Земли, то это равносильно  тому, что он остаётся на месте, а разгоняется сама Земля, прочь от него. Но это не так. Природа не соглашается с этим. По каким-то причинам природа создаёт для того, кто разгоняется перегрузки: его прижимает к креслу. А для того, кто не разгоняется - перегрузок не создаёт.

    Почему природа так поступает - в данный момент не важно. В данный момент важно научиться представлять себе природу как можно правильней.

    Итак, братья могут быть неравноправны  при условии, что один из них разгоняется  или тормозит. Но у нас ведь именно такая ситуация: улететь с Земли и вернуться на неё можно только разогнавшись, развернувшись и затормозив. Во всех этих случаях космический брат испытывал перегрузки.

    Каков вывод? Логический вывод прост: мы не имеем права заявлять, что братья равноправны. Следовательно, рассуждения о замедлении времени верны лишь с точки зрения одного из них. Какого? Разумеется, земного. Почему? Потому, что мы не задумывались о перегрузках и представляли все так, словно их не было. Мы, например, не можем утверждать, что в условиях перегрузок скорость света остаётся постоянной. Следовательно, мы не можем утверждать, что в условиях перегрузок происходит замедление времени. Всё, что мы утверждали - мы утверждали для случая отсутствия перегрузок.

    Когда учёные дошли до этого момента, они поняли, что им требуется специальное название для описания "нормального" мира, мира без перегрузок. Такое описание было названо описанием с точки зрения инерциальной системы отсчёта (сокращенно - ИСО). Новое же описание, которое еще не было создано, было названо, естественно, описанием с точки зрения неинерциальной системы отсчёта.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Инерциальная система отсчёта (ИСО) 

    Ясно, что первое, что мы можем сказать  об ИСО - это такое описание мира, которое нам кажется "нормальным". То есть, это то описание, с которого мы начали.