Daba ir pilna ar pārsteidzošām lietām un paradoksiem. Un vienu no tiem, kas saistīts ar kustību ar gaismas ātrumu, sauc par “dvīņu paradoksu”.
Jūs droši vien esat iepazinies ar pussabrukšanas fenomenu: daudzas subatomiskās daļiņas ir nestabilas un pēc neilga laika sabrūk (pārveidojas par kaut ko citu). Daļiņas pusperiods ir laiks, kas tai “jāgaida”, lai sasniegtu 50% sabrukšanas iespēju.
Piemēram, muonu pusperiods ir 2,2 mikrosekundes. Ja jums būtu 100 muonu, 2,2 mikrosekundēs būtu palikuši tikai 50 muoni, vai ne? Patiesībā, ne vienmēr.
2,2 mikrosekundēs ir pagājis laiks, kad mūns. Ja jums ir nedaudz 100 nekustīgu mūonu, tad pēc 2,2 mikrosekundēm to būs apmēram 50. Bet, ja jums ir draugs, kurš lido raķetē ar 50% gaismas ātrumu, tad, kad jums paies 10 sekundes, būs nepieciešami 8, 66 sekundes.
Izrādās, ka tas attiecas arī uz muoniem. Tātad, ja jūsu 100 muoni nav statiski, bet pārvietojas pa daļiņu paātrinātājā ar 50% gaismas ātrumu, tad pēc 2,2 mikrosekundēm no jūsu puses tas būs aptuveni 1,9 mikrosekundi muoniem. Tas nozīmē, ka līdz šim laikam jums būs aptuveni 55 muoni.
Jūsu atsauces ietvarā izturētu 2,54 mikrosekundes, bet 2,2 mikrosekundēm - mūonus. Tātad pēc 2,54 mikrosekundēm jums ir palikuši 50 muoni.
Kāds ir dvīņu sakars ar to?
Reklāmas video:
Varbūt jūs lasāt un domājat: kāds gan tam ir dvīņi un paradoksi? Jūs zināt, tas ir ļoti labs un savlaicīgs jautājums.
Iedomājieties, ka jums ir dvīņu brālis. Un pat jaunībā jūs uzzinājāt, ka viņš ir nelietis un plānoja pārņemt pasauli. Lai atbrīvotu planētu no viņa briesmīgajiem plāniem, jūs sūknējat viņam miega zāles, ievietojat viņu raķetē un nosūtāt viņam 90% no gaismas ātruma prom no Zemes.
Diemžēl, ņemot vērā laika paplašināšanās efektu uz jūsu dvīņiem, laiks paiet ievērojami lēnāk. Deviņos gados viņam paiet tikai četri gadi. Ja pēc deviņiem jūsu gadiem viņam izdosies apgriezt kuģi un atgriezties ar tādu pašu ātrumu, jūs novecojat 18 gadus, un viņš - tikai astoņus!
Parasti tas beidzas ar diskusijām par paradoksu, kuru 1911. gadā pirmo reizi ierosināja Pols Langevins kā domas eksperimentu, un ar to viss beidzas. Tomēr, ciešāk izpētot "dvīņu paradoksu", rodas interesants jautājums.
Pols Langevins.
No jūsu ļaunā dvīņa viedokļa Zeme un jūs pārvietojāties ar 90% gaismas ātrumu. Tādējādi pēc deviņiem gadiem viņam būtu jāpaiet tikai četriem gadiem. Citiem vārdiem sakot, ja jūsu dvīņi domā, ka ir pagājuši astoņi gadi no aiziešanas, lai atgrieztos pie viņa, tad jums vajadzēja būt tikai trīsarpus gadiem!
Tātad, kad jūsu nelietis dvīņi atgriezīsies, kurš no jums būs vecāks? Tas ir tieši paradokss.
Var šķist, ka šis jautājums ir spriedums speciālajai relativitātes teorijai. Daži šodien visas tīmekļa vietnes velta SRT "atklāšanai". Tomēr mēs zinātniski varam pierādīt, ka viens no dvīņiem faktiski vecāks vairāk.
Dvīņu paradokss ir viena no tām problēmām, kurai ir viens elegants risinājums (vai, varētu teikt, atbilde). Kā jūs, iespējams, jau esat sapratis, saskaņā ar īpašās relativitātes teoriju šis uzdevums ietver relativistisku laika paplašināšanu.
Lēmums
Tuvojoties paradoksa risinājumam, vispirms iedomājieties, ka jums un jūsu dvīnim ir pulkstenis rokās, un jūsu draudzene var sekot līdzi jūsu un viņa pulksteņa laikam. Jūs varat patstāvīgi sekot līdzi pulksteņa laikā pavadītajam laikam un viņa dvīņubrālim: visi ir tur, kur atrodas. Bet tas ir neparasts pulkstenis: tas ērc tikai vienu reizi gadā - dienā, kad Zeme tiek pestīta no jūsu ļaunā eksemplāra. Šajā dienā jūs varat arī apmainīties ar ziņojumiem elektromagnētiskā impulsa veidā (galu galā jūs esat ģimene). Un šeit ir vērts atzīmēt, ka gaisma no teleskopa un jūsu nosūtītais elektromagnētiskais signāls pārvietojas ar tādu pašu ātrumu.
Ja mēs uzzīmēsim laika un telpas diagrammu jums un jūsu dvīnim, mēs iegūsim šo:
Dvīņu paradoksa diagramma / Zinātne ABC / Neapzinātne.
Kreisajā attēlā jūs esat ar savu atsauces ietvaru. Labajā pusē mēs redzam divus atskaites rāmjus, kas atbilst jūsu brāļa aizbraukšanai un atgriešanai.
Mēs veiksim aprēķinus atbilstoši jūsu atskaites ietvaram. Teiksim, ka jūsu dvīnī ir 2,67 gaismas gadi vienā virzienā. Tagad, kad mēs zinām attālumu un ātrumu, ar kādu tas pārvietojas, mēs varam aprēķināt laiku, kas vajadzīgs braucienam: nedaudz vairāk nekā divarpus gadus. Pēc jūsu domām, dvīņu ceļojums aizņēma apmēram sešus gadus.
Tātad izrādās, ka ļaunais dvīņu brālis atgriezīsies uz Zemes, lai postītu postu apmēram sešos no jūsu gadiem, lai gan viņam tas būs nedaudz vairāk kā divarpus gadi. Tāpēc, jo vairāk objektu ātrums tuvojas gaismas ātrumam, jo vairāk to "pieredze" palēninās, salīdzinot ar citiem objektiem, kuri nepārvietojas ar ātrumu, kas ir salīdzinoši tuvu gaismas ātrumam, vai tas būtu cilvēks vai mūons.
Vladimirs Guilēns
