Tujuan utama eksperimen pemikiran yang dipanggil "Paradoks Berkembar" adalah untuk menyangkal logik dan kesahihan teori relativiti khas (SRT). Perlu dinyatakan dengan segera bahawa sebenarnya tidak ada persoalan tentang sebarang paradoks, dan perkataan itu sendiri muncul dalam topik ini kerana intipati percubaan pemikiran pada mulanya disalahertikan.
Idea utama SRT
Paradoks teori relativiti (paradoks berkembar) menyatakan bahawa pemerhati "pegun" menganggap proses objek bergerak sebagai perlahan. Selaras dengan teori yang sama, kerangka rujukan inersia (bingkai di mana pergerakan jasad bebas berlaku dalam garis lurus dan seragam, atau diam) adalah sama relatif antara satu sama lain.
Paradoks berkembar secara ringkas
Mengambil kira postulat kedua, terdapat andaian tentang ketidakkonsistenan teori relativiti khas. Membenarkanmasalah ini jelas, ia telah dicadangkan untuk mempertimbangkan keadaan dengan dua saudara kembar. Seorang (dengan syarat - pengembara) dihantar dalam penerbangan angkasa lepas, dan seorang lagi (orang asal) ditinggalkan di planet Bumi.
Rumusan paradoks berkembar di bawah keadaan sedemikian biasanya berbunyi seperti ini: mengikut tinggal di rumah, masa pada jam yang ada pada pengembara bergerak lebih perlahan, yang bermaksud apabila dia kembali, dia (jam pengembara) akan ketinggalan. Pengembara, sebaliknya, melihat bahawa Bumi bergerak relatif kepadanya (di mana terdapat orang rumah dengan jam tangannya), dan, dari sudut pandangannya, abangnyalah yang akan menghabiskan masa dengan lebih perlahan.
Malah, kedua-dua adik-beradik berada dalam keadaan yang sama, bermakna apabila mereka bersama, masa pada jam mereka akan sama. Pada masa yang sama, menurut teori relativiti, jam tangan saudara-pengembaralah yang sepatutnya ketinggalan. Pelanggaran simetri ketara sedemikian dianggap sebagai ketidakkonsistenan dalam peruntukan teori.
Paradoks berkembar daripada teori relativiti Einstein
Pada tahun 1905, Albert Einstein menyimpulkan satu teorem yang menyatakan bahawa apabila sepasang jam yang disegerakkan antara satu sama lain berada di titik A, salah seorang daripadanya boleh bergerak sepanjang trajektori tertutup melengkung pada kelajuan tetap sehingga mereka kembali mencapai titik itu. A (dan ini akan mengambil masa, sebagai contoh, t saat), tetapi pada saat ketibaan mereka akan menunjukkan lebih sedikit masa daripada jam yang kekal tidak bergerak.
Enam tahun kemudian, status paradoks teori inidisediakan oleh Paul Langevin. "Dibalut" dalam cerita visual, ia tidak lama kemudian mendapat populariti walaupun di kalangan orang yang jauh daripada sains. Menurut Langevin sendiri, ketidakkonsistenan dalam teori dijelaskan oleh fakta bahawa, kembali ke Bumi, pengembara bergerak pada kadar yang dipercepatkan.
Dua tahun kemudian, Max von Laue mengemukakan versi bahawa bukan momen pecutan objek yang penting, tetapi hakikat bahawa ia jatuh ke dalam kerangka rujukan inersia yang berbeza apabila ia berada di Bumi.
Akhirnya, pada tahun 1918, Einstein dapat menjelaskan sendiri paradoks dua kembar melalui pengaruh medan graviti pada peredaran masa.
Penjelasan tentang paradoks
Paradoks berkembar mempunyai penjelasan yang agak mudah: andaian awal kesamaan antara dua kerangka rujukan adalah salah. Pengembara tidak kekal dalam kerangka rujukan inersia sepanjang masa (perkara yang sama berlaku pada cerita dengan jam).
Akibatnya, ramai berpendapat bahawa relativiti khas tidak dapat digunakan untuk merumuskan paradoks berkembar dengan betul, jika tidak, ramalan yang tidak serasi akan terhasil.
Semuanya telah diselesaikan apabila teori umum relativiti dicipta. Dia memberikan penyelesaian yang tepat untuk masalah yang dihadapi dan dapat mengesahkan bahawa daripada sepasang jam yang disegerakkan, ia adalah yang sedang bergerak yang akan ketinggalan. Jadi tugas yang pada mulanya paradoks menerima status tugas biasa.
Isu kontroversi
Ada cadangan itumomen pecutan cukup ketara untuk mengubah kelajuan jam. Tetapi dalam perjalanan pelbagai ujian percubaan, terbukti bahawa di bawah pengaruh pecutan, pergerakan masa tidak memecut atau perlahan.
Akibatnya, segmen trajektori, di mana salah seorang saudara memecut, hanya menunjukkan beberapa asimetri yang berlaku antara pengembara dan orang rumah.
Tetapi pernyataan ini tidak dapat menjelaskan mengapa masa menjadi perlahan untuk objek yang bergerak dan bukan untuk sesuatu yang kekal dalam keadaan rehat.
Uji dengan latihan
Formula dan teorem paradoks berkembar menerangkan dengan tepat, tetapi ia agak sukar untuk orang yang tidak cekap. Bagi mereka yang lebih cenderung mempercayai amalan berbanding pengiraan teori, banyak eksperimen telah dijalankan, yang tujuannya adalah untuk membuktikan atau menyangkal teori relativiti.
Dalam satu kes, jam atom telah digunakan. Mereka sangat tepat, dan untuk penyahsegerakan minimum mereka memerlukan lebih daripada satu juta tahun. Diletakkan di dalam pesawat penumpang, mereka mengelilingi Bumi beberapa kali dan kemudian menunjukkan ketinggalan yang agak ketara di belakang jam tangan yang tidak terbang ke mana-mana. Dan ini walaupun pada hakikatnya kelajuan pergerakan sampel pertama jam itu jauh dari cahaya.
Contoh lain: hayat muon (elektron berat) lebih lama. Zarah asas ini adalah beberapa ratus kali lebih berat daripada zarah biasa, mempunyai cas negatif dan terbentuk di lapisan atas atmosfera bumi keranatindakan sinar kosmik. Kelajuan pergerakan mereka ke arah Bumi hanya sedikit lebih rendah daripada kelajuan cahaya. Dengan jangka hayat sebenar mereka (2 mikrosaat), mereka akan reput sebelum mereka menyentuh permukaan planet. Tetapi dalam proses terbang, mereka hidup 15 kali lebih lama (30 mikrosaat) dan masih mencapai matlamat.
Punca fizikal paradoks dan pertukaran isyarat
Fizik menerangkan paradoks berkembar dalam bahasa yang lebih mudah diakses. Semasa penerbangan, kedua-dua saudara kembar berada di luar jangkauan antara satu sama lain dan tidak dapat memastikan jam mereka bergerak selari. Adalah mungkin untuk menentukan dengan tepat berapa banyak pergerakan jam pengembara menjadi perlahan jika kita menganalisis isyarat yang akan dihantar antara satu sama lain. Ini ialah isyarat konvensional "masa tepat", dinyatakan sebagai denyutan cahaya atau penghantaran video muka jam.
Anda perlu memahami bahawa isyarat tidak akan dihantar dalam kala sekarang, tetapi sudah pada masa lalu, kerana isyarat merambat pada kelajuan tertentu dan ia mengambil masa tertentu untuk dihantar dari sumber kepada penerima.
Adalah mungkin untuk menilai dengan betul hasil dialog isyarat hanya dengan mengambil kira kesan Doppler: apabila sumber bergerak menjauhi penerima, frekuensi isyarat akan berkurangan, dan apabila didekati, ia akan meningkat.
Merumuskan penjelasan dalam situasi paradoks
Terdapat dua cara utama untuk menerangkan paradoks cerita berkembar ini:
- Perhatianpertimbangan pembinaan logik sedia ada untuk percanggahan dan pengenalpastian ralat logik dalam rantaian penaakulan.
- Melakukan pengiraan terperinci untuk menilai fakta nyahpecutan masa dari sudut pandangan setiap saudara.
Kumpulan pertama termasuk ungkapan pengiraan berdasarkan SRT dan ditulis dalam bingkai rujukan inersia. Diandaikan di sini bahawa momen yang dikaitkan dengan pecutan gerakan adalah sangat kecil berbanding dengan jumlah panjang penerbangan sehingga ia boleh diabaikan. Dalam sesetengah kes, mereka boleh memperkenalkan rangka rujukan inersia ketiga, yang bergerak ke arah bertentangan berhubung dengan pengembara dan digunakan untuk menghantar data daripada jam tangannya ke Bumi.
Kumpulan kedua termasuk pengiraan yang dibina dengan mengambil kira hakikat bahawa momen gerakan dipercepatkan masih ada. Kumpulan ini sendiri juga dibahagikan kepada dua subkumpulan: satu menggunakan teori graviti (GR), dan satu lagi tidak. Jika relativiti am terlibat, maka diandaikan bahawa persamaan mengandungi medan graviti, yang sepadan dengan pecutan sistem, dan perubahan dalam kelajuan masa diambil kira.
Kesimpulan
Semua perbincangan yang berkaitan dengan paradoks khayalan hanya disebabkan oleh ralat logik yang kelihatan. Tidak kira bagaimana keadaan masalah itu dirumuskan, adalah mustahil untuk memastikan bahawa saudara-saudara mendapati diri mereka dalam keadaan simetri sepenuhnya. Adalah penting untuk mempertimbangkan bahawa masa menjadi perlahan dengan tepat pada jam bergerak, yang terpaksa melalui perubahan dalam bingkai rujukan, keranaserentak peristiwa adalah relatif.
Terdapat dua cara untuk mengira berapa banyak masa telah perlahan dari sudut pandangan setiap saudara: menggunakan tindakan paling mudah dalam rangka teori relativiti khas atau memfokuskan pada kerangka rujukan bukan inersia. Keputusan kedua-dua rantai pengiraan boleh saling konsisten dan sama-sama berfungsi untuk mengesahkan bahawa masa berlalu dengan lebih perlahan pada jam yang bergerak.
Atas dasar ini, boleh diandaikan bahawa apabila eksperimen pemikiran dipindahkan kepada realiti, orang yang mengambil tempat sebagai orang rumah memang akan menjadi tua lebih cepat daripada pengembara.
