Ang pangunahing layunin ng eksperimento sa pag-iisip na tinatawag na "Twin Paradox" ay upang pabulaanan ang lohika at bisa ng espesyal na teorya ng relativity (SRT). Ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit kaagad na talagang walang tanong tungkol sa anumang kabalintunaan, at ang salita mismo ay lilitaw sa paksang ito dahil ang esensya ng eksperimento sa pag-iisip ay una nang hindi naiintindihan.
Pangunahing ideya ng SRT
Ang kabalintunaan ng teorya ng relativity (ang kambal na kabalintunaan) ay nagsasaad na ang isang "nakatigil" na tagamasid ay nakikita ang mga proseso ng paggalaw ng mga bagay bilang bumagal. Alinsunod sa parehong teorya, ang mga inertial na frame ng sanggunian (mga frame kung saan ang paggalaw ng mga malayang katawan ay nangyayari sa isang tuwid na linya at pare-pareho, o ang mga ito ay nakapahinga) ay pantay na kamag-anak sa isa't isa.
Ang kambal na kabalintunaan sa madaling sabi
Isinasaalang-alang ang pangalawang postulate, mayroong isang pagpapalagay tungkol sa hindi pagkakapare-pareho ng espesyal na teorya ng relativity. Payaganmalinaw na problemang ito, iminungkahi na isaalang-alang ang sitwasyon sa dalawang kambal na kapatid na lalaki. Ang isa (may kondisyon - isang manlalakbay) ay ipinadala sa isang paglipad sa kalawakan, at ang isa (isang tahanan) ay naiwan sa planetang Earth.
Ang pormulasyon ng kambal na kabalintunaan sa ilalim ng mga ganitong kondisyon ay karaniwang ganito ang tunog: ayon sa pananatili sa bahay, ang oras sa orasan na mayroon ang manlalakbay ay mas mabagal, ibig sabihin, kapag bumalik siya, ang kanyang (ang orasan ng manlalakbay ay mahuhuli. Ang manlalakbay, sa kabaligtaran, ay nakikita na ang Earth ay gumagalaw nang may kaugnayan sa kanya (kung saan mayroong isang homebody kasama ang kanyang relo), at, mula sa kanyang pananaw, ang kanyang kapatid na lalaki ang magpapalipas ng oras nang mas mabagal.
Sa katunayan, ang magkapatid ay nasa pantay na kondisyon, ibig sabihin, kapag sila ay magkasama, ang oras sa kanilang mga orasan ay magiging pareho. Kasabay nito, ayon sa teorya ng relativity, ang relo ng kapatid na manlalakbay ang dapat na huli. Ang nasabing paglabag sa maliwanag na simetrya ay itinuturing na isang hindi pagkakatugma sa mga probisyon ng teorya.
Twin paradox mula sa teorya ng relativity ni Einstein
Noong 1905, si Albert Einstein ay naghinuha ng isang theorem na nagsasaad na kapag ang isang pares ng mga orasan na naka-synchronize sa isa't isa ay nasa punto A, ang isa sa kanila ay maaaring gumalaw kasama ang isang curved closed trajectory sa isang pare-parehong bilis hanggang sa muli nilang maabot ang punto. A (at ito ay tatagal, halimbawa, t segundo), ngunit sa oras ng pagdating ay magpapakita sila ng mas kaunting oras kaysa sa orasan na nanatiling hindi gumagalaw.
Anim na taon na ang lumipas, ang kabalintunaan ng katayuan ng teoryang itoibinigay ni Paul Langevin. "Nakabalot" sa isang biswal na kwento, sa lalong madaling panahon ay naging popular ito kahit sa mga taong malayo sa agham. Ayon mismo kay Langevin, ang mga hindi pagkakapare-pareho sa teorya ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na, pagbalik sa Earth, ang manlalakbay ay lumipat sa isang pinabilis na bilis.
Pagkalipas ng dalawang taon, iniharap ni Max von Laue ang isang bersyon na hindi ang mga acceleration moment ng isang bagay ang mahalaga, ngunit ang katotohanang nahuhulog ito sa ibang inertial frame of reference kapag ito ay nasa Earth.
Sa wakas, noong 1918, naipaliwanag ni Einstein ang kabalintunaan ng dalawang kambal mismo sa pamamagitan ng impluwensya ng gravitational field sa paglipas ng panahon.
Paliwanag ng kabalintunaan
Ang kambal na kabalintunaan ay may medyo simpleng paliwanag: mali ang paunang pagpapalagay ng pagkakapantay-pantay sa pagitan ng dalawang frame of reference. Ang manlalakbay ay hindi nanatili sa inertial frame of reference sa lahat ng oras (parehong naaangkop sa kuwento sa orasan).
Bilang resulta, marami ang nadama na ang espesyal na relativity ay hindi magagamit upang wastong bumalangkas ng kambal na kabalintunaan, kung hindi, hindi magkatugma ang mga hula.
Naresolba ang lahat noong nilikha ang pangkalahatang teorya ng relativity. Ibinigay niya ang eksaktong solusyon para sa problemang nasa kamay at nakumpirma na sa isang pares ng naka-synchronize na orasan, ang mga gumagalaw ang mahuhuli. Kaya't ang una na kabalintunaan na gawain ay nakatanggap ng katayuan ng isang ordinaryong gawain.
Mga kontrobersyal na isyu
May mga mungkahi naang sandali ng acceleration ay sapat na makabuluhan upang baguhin ang bilis ng orasan. Ngunit sa takbo ng maraming eksperimental na pagsubok, napatunayan na sa ilalim ng impluwensya ng acceleration, ang paggalaw ng oras ay hindi bumibilis o bumabagal.
Bilang resulta, ang segment ng trajectory, kung saan pinabilis ng isa sa mga kapatid, ay nagpapakita lamang ng ilang asymmetry na nangyayari sa pagitan ng manlalakbay at ng homebody.
Ngunit hindi maipaliwanag ng pahayag na ito kung bakit bumagal ang oras para sa gumagalaw na bagay, at hindi para sa isang bagay na nananatiling nakapahinga.
Pagsusulit sa pamamagitan ng pagsasanay
Ang kambal na kabalintunaan na mga formula at theorems ay eksaktong naglalarawan, ngunit ito ay medyo mahirap para sa isang taong walang kakayahan. Para sa mga mas gustong magtiwala sa pagsasanay kaysa sa mga teoretikal na kalkulasyon, maraming mga eksperimento ang isinagawa, na ang layunin ay patunayan o pabulaanan ang teorya ng relativity.
Sa isang kaso, gumamit ng atomic clock. Ang mga ito ay lubos na tumpak, at para sa isang minimum na desynchronization kakailanganin nila ng higit sa isang milyong taon. Inilagay sa isang pampasaherong eroplano, umikot sila sa Earth nang ilang beses at pagkatapos ay nagpakita ng isang kapansin-pansing pagkahuli sa likod ng mga relo na hindi lumipad kahit saan. At ito sa kabila ng katotohanan na ang bilis ng paggalaw ng unang sample ng orasan ay malayo sa liwanag.
Isa pang halimbawa: mas mahaba ang buhay ng mga muon (heavy electron). Ang mga elementary particle na ito ay ilang daang beses na mas mabigat kaysa sa ordinaryong mga particle, may negatibong singil at nabuo sa itaas na layer ng atmospera ng mundo dahil sapagkilos ng mga cosmic ray. Ang bilis ng kanilang paggalaw patungo sa Earth ay bahagyang mas mababa sa bilis ng liwanag. Sa kanilang tunay na habang-buhay (2 microseconds), naagnas na sana sila bago nila mahawakan ang ibabaw ng planeta. Ngunit sa proseso ng paglipad, nabubuhay sila nang 15 beses na mas mahaba (30 microseconds) at naabot pa rin nila ang layunin.
Pisikal na sanhi ng kabalintunaan at pagpapalitan ng signal
Physics ay nagpapaliwanag ng kambal na kabalintunaan sa isang mas madaling naa-access na wika. Sa panahon ng paglipad, ang magkapatid na kambal ay wala sa hanay para sa isa't isa at halos hindi makasigurado na ang kanilang mga orasan ay gumagalaw nang naka-sync. Posibleng matukoy nang eksakto kung gaano kabagal ang paggalaw ng mga orasan ng manlalakbay kung susuriin natin ang mga signal na ipapadala nila sa isa't isa. Ito ay mga kumbensiyonal na signal ng "eksaktong oras", na ipinapahayag bilang mga light pulse o pagpapadala ng video ng mukha ng orasan.
Kailangan mong maunawaan na ang signal ay hindi ipapadala sa kasalukuyang panahon, ngunit sa nakaraan na, dahil ang signal ay kumakalat sa isang tiyak na bilis at ito ay tumatagal ng isang tiyak na oras upang maipasa mula sa pinagmulan patungo sa receiver.
Posibleng suriin nang tama ang resulta ng signal dialogue na isinasaalang-alang lamang ang Doppler effect: kapag lumayo ang source mula sa receiver, bababa ang frequency ng signal, at kapag nilapitan, tataas ito.
Pagbubuo ng paliwanag sa mga sitwasyong paradoxical
Mayroong dalawang pangunahing paraan upang ipaliwanag ang mga kabalintunaan ng kambal na kuwentong ito:
- Maasikasopagsasaalang-alang sa mga umiiral na lohikal na konstruksyon para sa mga kontradiksyon at pagtukoy ng mga lohikal na pagkakamali sa hanay ng pangangatwiran.
- Nagsasagawa ng mga detalyadong kalkulasyon upang suriin ang katotohanan ng pagbabawas ng bilis ng oras mula sa pananaw ng bawat isa sa magkakapatid.
Ang unang pangkat ay kinabibilangan ng mga computational expression batay sa SRT at nakalagay sa mga inertial frame of reference. Ipinapalagay dito na ang mga sandali na nauugnay sa acceleration ng paggalaw ay napakaliit na may kaugnayan sa kabuuang haba ng paglipad na maaari silang mapabayaan. Sa ilang sitwasyon, maaari silang magpakilala ng ikatlong inertial frame of reference, na gumagalaw sa kabilang direksyon kaugnay ng manlalakbay at ginagamit upang magpadala ng data mula sa kanyang relo patungo sa Earth.
Ang pangalawang pangkat ay may kasamang mga kalkulasyon na binuo na isinasaalang-alang ang katotohanan na ang mga sandali ng pinabilis na paggalaw ay naroroon pa rin. Ang grupong ito mismo ay nahahati din sa dalawang subgroup: ang isa ay gumagamit ng gravitational theory (GR), at ang isa ay hindi. Kung ang pangkalahatang relativity ay kasangkot, pagkatapos ay ipinapalagay na ang equation ay naglalaman ng gravitational field, na tumutugma sa acceleration ng system, at ang pagbabago sa bilis ng oras ay isinasaalang-alang.
Konklusyon
Lahat ng mga talakayan na nauugnay sa haka-haka na kabalintunaan ay dahil lamang sa isang tila lohikal na pagkakamali. Hindi mahalaga kung paano nabuo ang mga kondisyon ng problema, imposibleng matiyak na ang mga kapatid ay nasa ganap na simetriko na mga kondisyon. Mahalagang isaalang-alang na ang oras ay bumagal nang eksakto sa paglipat ng mga orasan, na kailangang dumaan sa pagbabago sa mga frame ng sanggunian, dahilRelatibo ang pagkakasabay ng mga kaganapan.
Mayroong dalawang paraan upang kalkulahin kung gaano karaming oras ang bumagal mula sa pananaw ng bawat isa sa mga kapatid: gamit ang pinakasimpleng mga aksyon sa loob ng balangkas ng espesyal na teorya ng relativity o pagtutuon sa mga non-inertial frame of reference. Ang mga resulta ng magkabilang chain ng pagkalkula ay maaaring magkatugma at pantay na nagsisilbing kumpirmasyon na ang oras ay lumilipas nang mas mabagal sa isang gumagalaw na orasan.
Sa batayan na ito, maaaring ipagpalagay na kapag ang eksperimento sa pag-iisip ay inilipat sa realidad, ang pumalit sa isang homebody ay talagang tatanda nang mas mabilis kaysa sa manlalakbay.
