Glavna svrha misaonog eksperimenta nazvanog "Paradoks blizanaca" bila je opovrgavanje logike i valjanosti specijalne teorije relativnosti (SRT). Vrijedi odmah napomenuti da zapravo nema govora ni o kakvom paradoksu, a sama riječ se pojavljuje u ovoj temi jer je suština misaonog eksperimenta u početku bila pogrešno shvaćena.
Glavna ideja SRT-a
Paradoks teorije relativnosti (paradoks blizanaca) kaže da "stacionarni" posmatrač doživljava procese kretanja objekata kao usporavanje. U skladu sa istom teorijom, inercijski referentni okviri (okviri u kojima se kretanje slobodnih tijela odvija pravolinijski i ravnomjerno, ili miruju) su međusobno jednaki.
Paradoks blizanaca ukratko
Uzimajući u obzir drugi postulat, postoji pretpostavka o nekonzistentnosti specijalne teorije relativnosti. Dopustitiovaj problem jasno, predloženo je da se razmotri situacija sa dva brata blizanca. Jedan (uslovno - putnik) je poslan na svemirski let, a drugi (domaći) je ostavljen na planeti Zemlji.
Formulacija paradoksa blizanaca u ovakvim uslovima obično zvuči ovako: prema boravku kod kuće, vrijeme na satu koje ima putnik teče sporije, što znači da kada se vrati, njegovo (putnikov) sat će zaostajati. Putnik, naprotiv, vidi da se Zemlja kreće u odnosu na njega (na kome se nalazi kuc sa svojim satom), i, sa njegove tačke gledišta, njegov brat je taj koji će sporije prolaziti.
U stvari, oba brata su u jednakim uslovima, što znači da kada su zajedno, vreme na njihovim satovima će biti isto. U isto vrijeme, prema teoriji relativnosti, sat brata-putnika bi trebao zaostati. Takvo kršenje prividne simetrije smatralo se nedosljednošću u odredbama teorije.
Paradoks blizanaca iz Einsteinove teorije relativnosti
Godine 1905. Albert Ajnštajn je izveo teoremu koja kaže da kada se par satova sinhronizovanih jedan s drugim nalazi u tački A, jedan od njih može da se kreće duž zakrivljene zatvorene putanje konstantnom brzinom sve dok ponovo ne stignu do tačke A (i to će trajati npr. t sekundi), ali u trenutku dolaska pokazaće manje vremena od sata koji je ostao nepomičan.
Šest godina kasnije, paradoksalni status ove teorijeobezbedio Paul Langevin. "Umotana" u vizuelnu priču, ubrzo je stekla popularnost i među ljudima daleko od nauke. Prema samom Langevinu, nedosljednosti u teoriji su objašnjene činjenicom da se, vraćajući se na Zemlju, putnik kretao ubrzano.
Dve godine kasnije, Max von Laue izneo je verziju da nisu važni momenti ubrzanja objekta, već činjenica da on pada u drugačiji inercijalni referentni okvir kada se nalazi na Zemlji.
Konačno, 1918. godine, Ajnštajn je uspeo da sam objasni paradoks dva blizanca kroz uticaj gravitacionog polja na protok vremena.
Objašnjenje paradoksa
Paradoks blizanaca ima prilično jednostavno objašnjenje: početna pretpostavka o jednakosti između dva referentna okvira je pogrešna. Putnik nije cijelo vrijeme ostao u inercijskom referentnom okviru (isto vrijedi i za priču sa satom).
Kao rezultat toga, mnogi su smatrali da se specijalna teorija relativnosti ne može koristiti za ispravno formuliranje paradoksa blizanaca, inače bi rezultirala nekompatibilna predviđanja.
Sve je bilo riješeno kada je stvorena opća teorija relativnosti. Ona je dala tačno rešenje za problem i bila u stanju da potvrdi da će od para sinhronizovanih satova upravo oni u pokretu zaostati. Tako je prvobitno paradoksalan zadatak dobio status običnog.
Kontroverzna pitanja
Postoje prijedlozi kojitrenutak ubrzanja je dovoljno značajan da promijeni brzinu sata. Ali u toku brojnih eksperimentalnih ispitivanja, dokazano je da se pod uticajem ubrzanja kretanje vremena ne ubrzava niti usporava.
Kao rezultat toga, segment putanje, na kojem je jedan od braće ubrzao, pokazuje samo neku asimetriju koja se javlja između putnika i doma.
Ali ova izjava ne može objasniti zašto se vrijeme usporava za objekt koji se kreće, a ne za nešto što miruje.
Test vježbanjem
Formule i teoreme paradoksa blizanaca opisuju tačno, ali je to prilično teško za nesposobnu osobu. Za one koji su skloniji da veruju praksi, a ne teorijskim proračunima, sprovedeni su brojni eksperimenti, čija je svrha bila da dokažu ili opovrgnu teoriju relativnosti.
U jednom slučaju korišten je atomski sat. Veoma su precizni, a za minimalnu desinhronizaciju biće im potrebno više od milion godina. Smješteni u putnički avion, nekoliko puta su obišli Zemlju i tada pokazali prilično primjetno zaostajanje za onim satovima koji nikuda nisu letjeli. I to uprkos činjenici da je brzina kretanja prvog uzorka sata bila daleko od svjetlosti.
Još jedan primjer: život miona (teških elektrona) je duži. Ove elementarne čestice su nekoliko stotina puta teže od običnih čestica, imaju negativan naboj i nastaju u gornjem sloju Zemljine atmosfere zbogdejstvo kosmičkih zraka. Brzina njihovog kretanja prema Zemlji je samo malo inferiorna brzini svjetlosti. Sa svojim pravim životnim vijekom (2 mikrosekunde), oni bi se raspali prije nego što bi dotakli površinu planete. Ali u procesu letenja, oni žive 15 puta duže (30 mikrosekundi) i još uvijek dostižu cilj.
Fizički uzrok paradoksa i razmjena signala
Fizika objašnjava paradoks blizanaca na pristupačnijem jeziku. Tokom leta, oba brata blizanca su van dometa jedan za drugoga i praktično ne mogu osigurati da im se satovi kreću sinhronizovano. Koliko se tačno usporava kretanje putničkih satova moguće je utvrditi ako analiziramo signale koje će jedni drugima slati. Ovo su konvencionalni signali "tačnog vremena", izraženi kao svjetlosni impulsi ili video prijenos brojača sata.
Morate shvatiti da se signal neće prenositi u sadašnjem vremenu, već u prošlosti, pošto se signal širi određenom brzinom i potrebno je određeno vrijeme da prođe od izvora do prijemnika.
Moguće je ispravno procijeniti rezultat dijaloga signala samo uzimajući u obzir Doplerov efekat: kada se izvor udalji od prijemnika, frekvencija signala će se smanjiti, a kada se približi, povećat će se.
Formuliranje objašnjenja u paradoksalnim situacijama
Postoje dva glavna načina da se objasni paradoks ovih priča o blizancima:
- Pažljivorazmatranje postojećih logičkih konstrukcija za kontradikcije i identifikacija logičkih grešaka u lancu zaključivanja.
- Izvođenje detaljnih proračuna za procjenu činjenice usporavanja vremena sa stanovišta svakog od braće.
Prva grupa uključuje računske izraze zasnovane na SRT-u i upisane u inercijalne referentne okvire. Ovdje se pretpostavlja da su momenti povezani s ubrzanjem kretanja toliko mali u odnosu na ukupnu dužinu leta da se mogu zanemariti. U nekim slučajevima, oni mogu uvesti treći inercijski referentni okvir, koji se kreće u suprotnom smjeru u odnosu na putnika i koristi se za prijenos podataka sa njegovog sata na Zemlju.
Druga grupa uključuje proračune napravljene uzimajući u obzir činjenicu da su momenti ubrzanog kretanja i dalje prisutni. Ova grupa je također podijeljena u dvije podgrupe: jedna koristi teoriju gravitacije (GR), a druga ne. Ako se radi o opštoj relativnosti, onda se pretpostavlja da jednačina sadrži gravitaciono polje, koje odgovara ubrzanju sistema, a promena brzine vremena se uzima u obzir.
Zaključak
Sve rasprave vezane za imaginarni paradoks su samo zbog prividne logičke greške. Bez obzira kako su formulisani uslovi problema, nemoguće je osigurati da se braća nađu u potpuno simetričnim uslovima. Važno je uzeti u obzir da se vrijeme usporava upravo na pokretnim satovima, koji su morali proći kroz promjenu referentnih okvira, jeristovremenost događaja je relativna.
Postoje dva načina da se izračuna koliko se vrijeme usporilo sa stanovišta svakog od braće: korištenjem najjednostavnijih radnji u okviru specijalne teorije relativnosti ili fokusiranjem na neinercijalne referentne okvire. Rezultati oba lanca proračuna mogu biti međusobno konzistentni i podjednako služe za potvrdu da vrijeme teče sporije na satu koji se kreće.
Na osnovu toga, može se pretpostaviti da će, kada se misaoni eksperiment prenese u stvarnost, onaj koji zauzme mjesto kućnog ljubimca zaista ostarjeti brže od putnika.
