Природата е пълна с невероятни неща и парадокси. И един от тях, свързан с движение със скоростта на светлината, се нарича „парадокс на близнаци“.
Вероятно сте запознати с феномена на полуживот: много субатомни частици са нестабилни и след кратко време се разпадат (трансформират се в нещо друго). Времето на полуживот на частица е времето, необходимо за „изчакване“, за да достигне 50% вероятност от разпад.
Например, полуживотът на мюоните е 2,2 микросекунди. Ако имахте 100 мюона, щяха да останат само 50 мюона за 2,2 микросекунди, нали? Всъщност, не е задължително.
2.2 микросекунди е изминалото време за мюон. Ако имате шепа 100 стационарни мюона, след 2,2 микросекунди ще има около 50. Но ако имате приятел, който лети в ракета с 50% от скоростта на светлината, тогава, когато преминат 10 секунди за вас, ще ви отнеме 8, 66 секунди
Оказва се, че това важи и за мюоните. Така че, ако вашите 100 мюона не са статични, но се движат в ускорител на частици с 50% скоростта на светлината, тогава след 2,2 микросекунди от ваша страна, това ще бъде около 1.9 микросекунди за мюони. Това означава, че до този момент ще имате около 55 мюона.
Във вашата референтна рамка биха минали 2,54 микросекунди, докато 2,2 микросекунди ще преминат за мюони. Така че ви остават 50 мюона след 2,54 микросекунди.
Какво общо имат близнаците?
Промоционално видео:
Може би четете и мислите: какво общо имат близнаците и парадоксите? Знаеш ли, това е много добър и навременен въпрос.
Представете си, че имате брат близнак. И дори в младостта си научихте, че той е злодей и планира да превземе света. За да избавите планетата от чудовищните му планове, помпате му хапчета за сън, поставяте го в ракета и му изпращате 90% от скоростта на светлината далеч от Земята.
За съжаление, поради ефекта на дилатация на времето върху вашия близнак, времето минава значително по-бавно. На девет години само четири години минават за него. Ако след девет от вашите години той успее да завърти кораба и да се върне със същата скорост, вие ще състарите 18 години, а той - само осем!
Обикновено това е краят на дискусиите за парадокса, който е предложен за първи път през 1911 г. от Пол Лангевин като мисловен експеримент и с това всичко приключва. При по-внимателно разглеждане на „парадокса на близнаците“възниква интересен въпрос.
Пол Лангевин.
От гледна точка на вашия зъл близнак, Земята и вие се движите с 90% от скоростта на светлината. Така след девет години за него трябва да минат само четири години. С други думи, ако близнакът ви мисли, че са отминали осем години от заминаването, за да се върнете за него, тогава би трябвало да са ви били само три години и половина!
И така, когато вашият злодейски близнак се завърне, кой от вас ще бъде по-възрастният? Точно това е парадоксът.
Може да изглежда, че този въпрос е присъда за Специалната теория на относителността. Някои днес посвещават цели уебсайтове на „излагане“на SRT. Въпреки това можем научно да докажем, че един от близнаците всъщност ще остарее повече.
Twin Paradox е един от онези проблеми, които имат едно елегантно решение (или, би могло да се каже, отговор). Както може би вече сте разбрали, тази задача включва релативистко разширяване на времето в съответствие с теорията на специалната относителност.
решение
Подхождайки към решението на парадокса, първо си представете, че вие и близнакът имате часовник на ръце, а приятелката ви може да следи времето на вашия и неговия часовник. Можете самостоятелно да следите времето на часовника си и близнака си на неговия: всеки е там, където е. Но това е необичаен часовник: той цъка само веднъж годишно - в деня на годишнината от спасението на Земята от вашето зло копие. В този ден можете да обменяте и съобщения под формата на електромагнитен импулс (в края на краищата сте семейство). И тук си струва да се отбележи, че светлината от телескопа и електромагнитният сигнал, който изпращате, се движат със същата скорост.
Сега, ако изготвим диаграма за време и пространство за вас и вашия близнак, получаваме това:
Twin Paradox Diagram / Science ABC / Naked Science.
На снимката вляво вие сте със собствена референтна рамка. Отдясно виждаме две референтни рамки, съответстващи на заминаването и връщането на вашия брат.
Ще извършим изчисления, съответстващи на вашата референтна рамка. Да кажем, че близнакът ви е 2,67 светлинни години в една посока. Сега, когато знаем разстоянието и скоростта, с която се движи, можем да изчислим времето, необходимо за пътуване: малко над две години и половина. От ваша гледна точка, пътуването на близнака отне около шест години.
И така, оказва се, че злият брат-близнак ще се върне на Земята, за да предизвика поразия след около шест от вашите години, въпреки че за него това ще са малко повече от две години и половина. Следователно, колкото повече скоростта на обектите се приближава до скоростта на светлината, толкова повече „опитът им“се забавя в сравнение с други обекти, които не се движат със скорост, сравнително близка до скоростта на светлината, било то човек или мюон.
Владимир Гилен