Paradoks bliźniaków Einsteina. Wyimaginowane paradoksy SRT

Tak zwany „paradoks zegara” został sformułowany (1912, Paul Langevin) 7 lat po stworzeniu szczególnej teorii względności i wskazuje na pewne „sprzeczności” w stosowaniu relatywistycznego efektu dylatacji czasu. „większej przejrzystości” paradoks zegara, określany także jako „paradoks bliźniaków”. Ja również używam tego sformułowania. Początkowo paradoks był aktywnie omawiany w literaturze naukowej, a zwłaszcza w literaturze popularnej. Obecnie paradoks bliźniaków uważa się za całkowicie rozwiązany, nie zawiera żadnych niewyjaśnionych problemów i praktycznie zniknął ze stron literatury naukowej, a nawet popularnej.

Zwracam uwagę na paradoks bliźniaków, gdyż wbrew temu, co powiedziano powyżej, „wciąż zawiera” on niewyjaśnione problemy i jest nie tylko „nierozwiązany”, ale w zasadzie nie da się go rozwiązać w ramach teorii względności Einsteina, tj. Paradoks ten jest nie tyle „paradoksem bliźniaków w teorii względności”, ile raczej „paradoksem samej teorii względności Einsteina”.

Istota paradoksu bliźniaków jest następująca. Pozwalać P(podróżnik) i D(domownik) bracia bliźniacy. P wyrusza w długą podróż kosmiczną i D zostaje w domu. Nadgodziny P zwroty. Większość drogi P porusza się na zasadzie bezwładności, ze stałą prędkością (czas przyspieszania, hamowania, zatrzymywania jest znikomy w porównaniu z całkowitym czasem podróży i pomijamy go). Ruch ze stałą prędkością jest względny, tj. Jeśli P oddala się (zbliża się, pozostaje w spoczynku) względem D, Następnie D także oddala się (zbliża się, w spoczynku) względem P nazwijmy to symetria Bliźnięta. Ponadto, zgodnie z SRT, czas na P, z punktu widzenia D, płynie wolniej niż właściwy czas D, tj. własny czas podróży P krótszy czas oczekiwania D. W tym przypadku mówią to po powrocie P Młodszy D . To stwierdzenie samo w sobie nie jest paradoksem, jest konsekwencją relatywistycznego dylatacji czasu. Paradoks polega na tym D, może ze względu na symetrię z tym samym prawem uważaj się za podróżnika i P domownik, a potem D Młodszy P .

Ogólnie przyjęte (kanoniczne) rozwiązanie paradoksu sprowadza się dziś do tego, że przyspieszenia P nie można pominąć, tzn. jego układ odniesienia nie jest bezwładny; w jego układzie odniesienia czasami powstają siły bezwładności i dlatego nie ma symetrii. Ponadto w układzie odniesienia P przyspieszenie jest równoznaczne z pojawieniem się pola grawitacyjnego, w którym czas również zwalnia (opiera się to na ogólnej teorii względności). Więc czas P zwalnia jak w układzie odniesienia D(według stacji, kiedy P porusza się dzięki bezwładności) oraz w układzie odniesienia P(zgodnie z ogólną teorią względności, gdy przyspiesza), tj. dylatacja czasu P staje się absolutna. Ostateczna konkluzja : P, po powrocie młodszy D i to nie jest paradoks!

To jest, powtarzamy, kanoniczne rozwiązanie paradoksu bliźniąt. Jednak we wszystkich znanych nam tego typu rozumowaniach nie bierze się pod uwagę jednego „małego” niuansu - relatywistycznym efektem dylatacji czasu jest EFEKT KINEMATYCZNY (w artykule Einsteina pierwsza część, w której wyprowadzono efekt dylatacji czasu, to zwaną „Częścią kinematyczną”). W odniesieniu do naszych bliźniaków oznacza to, że po pierwsze są tylko dwa bliźniaki i NIE MA NIC WIĘCEJ, w szczególności nie ma przestrzeni absolutnej, a po drugie bliźniaki (czytaj zegary Einsteina) nie mają masy. Ten warunki konieczne i wystarczające sformułowania paradoksu bliźniąt. Wszelkie dodatkowe warunki prowadzą do „kolejnego paradoksu bliźniaków”. Oczywiście możliwe jest sformułowanie, a następnie rozwiązanie „innych paradoksów bliźniaczych”, ale wówczas konieczne jest wykorzystanie „innych relatywistycznych efektów dylatacji czasu”, na przykład do sformułowania i udowodnić że relatywistyczny efekt dylatacji czasu występuje tylko w przestrzeni absolutnej lub tylko pod warunkiem, że zegar ma masę itp. Jak wiadomo, w teorii Einsteina nie ma czegoś takiego.

Przeanalizujmy jeszcze raz dowody kanoniczne. P przyspiesza od czasu do czasu... Przyspiesza w stosunku do czego? Tylko w stosunku do drugiego bliźniaka(po prostu nie ma nic innego. Jednak w całym rozumowaniu kanonicznym domyślny zakłada się istnienie innego „aktora”, którego nie ma ani w sformułowaniu paradoksu, ani w teorii Einsteina, przestrzeni absolutnej, a następnie P przyspiesza względem tej przestrzeni absolutnej, natomiast D pozostaje w spoczynku względem tej samej przestrzeni absolutnej, następuje naruszenie symetrii). Ale kinematycznie przyspieszenie jest stosunkowo takie samo jak prędkość, tj. jeśli podróżujący bliźniak przyspiesza (oddala się, zbliża lub pozostaje w spoczynku) względem swojego brata, to brat pozostający w domu w ten sam sposób przyspiesza (oddala się, zbliża lub pozostaje w spoczynku) względem swojego brata podróżnika, symetria również w tym przypadku nie jest złamana (!). W układzie odniesienia przyspieszonego brata nie powstają żadne siły bezwładności ani pola grawitacyjne, również ze względu na brak masy w bliźniakach. Z tego samego powodu ogólna teoria względności nie ma tu zastosowania. Zatem symetria bliźniaków nie jest złamana, i Paradoks bliźniąt pozostaje nierozwiązany . w ramach teorii względności Einsteina. Na obronę tego wniosku można wysunąć argument czysto filozoficzny: paradoks kinematyczny należy rozwiązać kinematycznie i nie jest właściwe angażowanie innych, dynamicznych teorii, aby go rozwiązać, jak ma to miejsce w dowodach kanonicznych. Na zakończenie zauważę, że paradoks bliźniaków nie jest paradoksem fizycznym, ale paradoksem naszej logiki ( aporie rodzaj aporii Zenona) zastosowany do analizy konkretnej sytuacji pseudofizycznej. To z kolei oznacza, że ​​nie należy przywoływać żadnych argumentów typu możliwość lub niemożność technicznej realizacji takiego wyjazdu, ewentualna komunikacja pomiędzy bliźniakami poprzez wymianę sygnałów świetlnych z uwzględnieniem efektu Dopplera itp. rozwiązać paradoks (w szczególności bez grzechu przeciw logice , możemy obliczyć czas przyspieszania P od zera do prędkości przelotowej, czasu skrętu, czasu hamowania przy zbliżaniu się do Ziemi, dowolnie małej, nawet „chwilowej”).

Z drugiej strony sama teoria względności Einsteina wskazuje na inny, zupełnie inny aspekt paradoksu bliźniąt. W tym samym pierwszym artykule na temat teorii względności (SNT, tom 1, s. 8) Einstein pisze: „Musimy zwrócić uwagę na fakt, że wszystkie nasze sądy, w których czas odgrywa jakąkolwiek rolę, są zawsze sądami o jednoczesne zdarzenia(kursywa Einsteina).” (W pewnym sensie idziemy dalej niż Einstein, wierząc w jednoczesność zdarzeń warunek konieczny rzeczywistość wydarzenia.) W odniesieniu do naszych bliźniaków oznacza to co następuje: w odniesieniu do każdego z nich, jego brata zawsze jednocześnie z nim (tj. naprawdę istnieje), bez względu na to, co się z nim stanie. Nie oznacza to, że czas, jaki upływa od początku podróży, jest dla nich taki sam, gdy znajdują się w różnych punktach przestrzeni, ale bezwzględnie musi być taki sam, gdy znajdują się w tym samym punkcie przestrzeni. To drugie oznacza, że ​​na początku podróży ich wiek był taki sam (są bliźniakami), gdy znajdowali się w tym samym punkcie przestrzeni, wówczas ich wiek zmieniał się wzajemnie w trakcie podróży jednego z nich, w zależności od jego prędkości (tzw. teoria względności nie została anulowana), gdy znajdowali się w różnych punktach przestrzeni, i znów stali się tym samym pod koniec podróży, gdy ponownie znaleźli się w tym samym punkcie przestrzeni.. Oczywiście oboje się zestarzeli , ale proces starzenia mógł przebiegać u nich inaczej, z punktu widzenia jednego lub drugiego, ale ostatecznie starzeli się jednakowo. Należy zauważyć, że ta nowa sytuacja w przypadku bliźniąt jest nadal symetryczna. Teraz, biorąc pod uwagę ostatnie uwagi, paradoks bliźniąt staje się jakościowo inny zasadniczo nie do rozwiązania w ramach szczególnej teorii względności Einsteina.

To ostatnie (wraz z szeregiem podobnych „twierdzeń” do SRT Einsteina, patrz rozdział XI naszej książki lub adnotacja do niego w artykule „Zasady matematyczne współczesnej filozofii przyrody” na tej stronie) nieuchronnie prowadzi do konieczności zrewidowania szczególna teoria względności. Nie uważam swojej pracy za zaprzeczenie SRT i co więcej, nie nawołuję do jej całkowitego porzucenia, ale proponuję jej dalszy rozwój, proponuję nową „Szczególna teoria względności(SRT* nowe wydanie)”, w którym w szczególności nie ma po prostu „paradoksu bliźniaków” jako takiego (dla tych, którzy nie zapoznali się jeszcze z artykułem „Szczególne” teorie względności”, informuję, że w nowa szczególna teoria względności czasu zwalnia, tylko wtedy, gdy porusza się układ inercyjny zbliżający się do bezruchu i czasu przyspiesza, gdy ruchomy układ odniesienia usunięte z bezruchu, w efekcie przyspieszenie czasu w pierwszej połowie podróży (oddalanie się od Ziemi) jest kompensowane przez spowolnienie czasu w drugiej połowie (zbliżanie się do Ziemi) i nie następuje powolne starzenie się podróżujący bliźniak, bez paradoksów. Podróżnicy przyszłości nie muszą się obawiać, że po powrocie znajdą się w odległej przyszłości Ziemi!). Skonstruowano także dwie zasadniczo nowe teorie względności, które nie mają analogii: „Szczególna ogólna” teoria względności(SOTO)” i „Wszechświat czwartorzędowy”(model Wszechświata jako „niezależna teoria względności”). Artykuł „Szczególne” teorie względności” został opublikowany na tej stronie. Poświęciłem ten artykuł nadchodzącym 100-lecie teorii względności . Zapraszam do komentowania moich pomysłów, a także teorii względności w związku z jej 100-leciem.

Myasnikow Władimir Makarowicz [e-mail chroniony]
Wrzesień 2004

Dodatek (dodano w październiku 2007 r.)

„Paradoks” bliźniaków w SRT*. Żadnych paradoksów!

Zatem symetria bliźniąt jest w zagadnieniu bliźniąt nieusuwalna, co w SRT Einsteina prowadzi do nierozwiązywalnego paradoksu: staje się oczywiste, że zmodyfikowana SRT bez paradoksu bliźniąt powinna dać wynik T (P) = T (D), co zresztą w pełni odpowiada naszemu zdrowemu rozsądkowi. Oto wnioski wyciągnięte w STO* – nowe wydanie.

Przypomnę, że w STR*, w przeciwieństwie do STR Einsteina, czas zwalnia tylko wtedy, gdy ruchomy układ odniesienia zbliża się do stacjonarnego, a przyspiesza, gdy ruchomy układ odniesienia oddala się od stacjonarnego. Formułuje się go następująco (patrz wzory (7) i (8)):

Wyjaśnijmy jeszcze koncepcję inercjalnego układu odniesienia, który uwzględnia nierozerwalną jedność przestrzeni i czasu w SRT*. Inercjalny układ odniesienia definiuję (patrz Teoria względności, nowe podejścia, nowe idee lub Przestrzeń i eter w matematyce i fizyce.) jako punkt odniesienia i jego sąsiedztwo, którego wszystkie punkty są wyznaczane z punktu odniesienia i przestrzeni który jest jednorodny i izotropowy. Jednak nierozerwalna jedność przestrzeni i czasu z konieczności wymaga, aby punkt odniesienia ustalony w przestrzeni był również ustalony w czasie, innymi słowy punkt odniesienia w przestrzeni musi być także punktem odniesienia w czasie.

Rozważam więc dwa stałe układy odniesienia powiązane z D: stacjonarny system odniesienia w momencie wystrzelenia (system odniesienia żałobnik D) oraz stacjonarny układ odniesienia w momencie mety (układ odniesienia witaj D). Cechą charakterystyczną tych systemów odniesienia jest to, że znajdują się one w układzie odniesienia żałobnik D czas płynie od punktu początkowego w przyszłość i droga, którą przebyła rakieta P rośnie, niezależnie gdzie i jak się porusza, tj. w tym układzie odniesienia P oddala się od D zarówno w przestrzeni, jak i czasie. W układzie odniesienia witaj D- czas płynie od przeszłości do punktu początkowego i zbliża się moment spotkania, a wraz z nim droga rakiety P maleje do punktu odniesienia, tj. w tym układzie odniesienia P zbliżający się D zarówno w przestrzeni, jak i czasie.

Wróćmy do naszych bliźniaków. Dla przypomnienia, problem bliźniaków postrzegam jako problem logiczny ( aporie typ aporii Zenona) w pseudofizycznych warunkach kinematyki, tj. Wierzę w to P porusza się cały czas ze stałą prędkością, bazując na czasie przyspieszania podczas przyspieszania, hamowania itp. znikomy (zero).

Dwóch bliźniaków P(podróżnik) i D(ciała domowe) omawiają nadchodzący lot na Ziemię P do gwiazdy Z, położony w pewnej odległości L z Ziemi i z powrotem, ze stałą prędkością V. Szacunkowy czas lotu od startu na Ziemi do zakończenia na Ziemi, dla P V jego układ odniesienia równa się T=2L/V. Ale w układu odniesienia żałobnik D P zostaje usunięty i dlatego jego czas lotu (czas oczekiwania na Ziemi) jest równy (patrz (!!)), a czas ten jest znacznie krótszy T, tj. Czas oczekiwania jest krótszy niż czas lotu! Paradoks? Oczywiście, że nie, skoro ten całkowicie słuszny wniosek „pozostał” w układu odniesienia żałobnik D . Teraz D spotyka się P już w innym układu odniesienia witaj D i w tym układzie odniesienia P zbliża się, a czas jego oczekiwania jest równy, zgodnie z (!!!), tj. własny czas lotu P i własny czas oczekiwania D dopasować. Żadnych sprzeczności!

Proponuję rozważyć konkretny (oczywiście mentalny) „eksperyment”, zaplanowany w czasie dla każdego bliźniaka i w dowolnym układzie odniesienia. Mówiąc konkretnie, niech gwiazda Z oderwane od Ziemi na odległość L= 6 lat świetlnych. Odpuść sobie P leci tam i z powrotem na rakiecie ze stałą prędkością V = 0,6 C. Potem własny czas lotu T = 2L/W= 20 lat. Obliczmy także i (patrz (!!) i (!!!)). Umówmy się także, że w odstępach co 2 lata, w punktach kontrolnych w czasie, P wyśle ​​sygnał (z prędkością światła) na Ziemię. „Eksperyment” polega na rejestrowaniu czasu odbioru sygnałów na Ziemi, analizowaniu ich i porównywaniu z teorią.

Wszystkie dane pomiarowe dla momentów czasu przedstawiono w tabeli:

W kolumnach z liczbami 1 - 7 podano: 1. Punkty odniesienia w czasie (w latach) w układzie odniesienia rakiety. Momenty te rejestrują odstępy czasowe od momentu wystrzelenia, czyli odczyty zegara na rakiecie, który w momencie startu jest ustawiony na „zero”. Punkty kontrolne czasu wyznaczają na rakiecie momenty wysłania sygnału na Ziemię. 2. Te same punkty kontrolne w czasie, ale w systemie referencyjnym żałobnik bliźniak(gdzie „zero” jest również ustawione w momencie startu rakiety). Są one ustalane poprzez (!!) uwzględnienie . 3. Odległości rakiety od Ziemi w latach świetlnych w punktach kontrolnych w czasie lub czas propagacji odpowiedniego sygnału (w latach) z rakiety do Ziemi 4. w systemie referencyjnym żałobnik bliźniak. Zdefiniowany jako punkt kontrolny w czasie w układzie odniesienia towarzyszącego bliźniaka (kolumna 2 3 ). 5. Te same punkty kontrolne w czasie, ale teraz w systemie referencyjnym pozdrawiacz bliźniak. Osobliwością tego układu odniesienia jest to, że teraz w momencie zakończenia rakiety wyznaczany jest czas „zero”, a wszystkie momenty kontrolne należą do przeszłości. Przypisujemy im znak minus i biorąc pod uwagę niezmienność kierunku czasu (od przeszłości do przyszłości), zmieniamy ich kolejność w kolumnie na przeciwną. Wartości bezwzględne tych czasów można znaleźć na podstawie odpowiednich wartości w systemie referencyjnym żałobnik bliźniak(kolumna 2 ) mnożenie przez (patrz (!!!)). 6. Moment otrzymania odpowiedniego sygnału na Ziemi w systemie referencyjnym pozdrawiacz bliźniak. Zdefiniowany jako punkt odniesienia w czasie w systemie referencyjnym pozdrawiacz bliźniak(kolumna 5 ) plus odpowiedni czas propagacji sygnału z rakiety na Ziemię (kolumna 3 ). 7. Rzeczywiste czasy odbioru sygnału na Ziemi. Fakt jest taki D nieruchomy w przestrzeni (na Ziemi), ale porusza się w czasie rzeczywistym i w momencie odebrania sygnału nie jest już zlokalizowany w systemie referencyjnym żałobnik bliźniak, Ale w systemie referencyjnym punkt w czasie odbiór sygnału. Jak określić ten moment w czasie rzeczywistym? Sygnał zgodnie z warunkiem rozchodzi się z prędkością światła, co oznacza, że ​​dwa zdarzenia A = (Ziemia w momencie odebrania sygnału) i B = (punkt w przestrzeni, w którym znajduje się rakieta w momencie sygnał jest wysyłany) (przypominam, że zdarzenie w przestrzeni - czasie nazywane jest punktem w pewnym momencie) są jednoczesny, ponieważ Δx = CΔt, gdzie Δx to odległość przestrzenna pomiędzy zdarzeniami, a Δt to odległość czasowa, tj. czas propagacji sygnału z rakiety na Ziemię (patrz definicja jednoczesności w „Szczególnych” teoriach względności, wzór (5)). A to z kolei oznacza to D, z równymi prawami, może znajdować się zarówno w układzie odniesienia zdarzenia A, jak i w układzie odniesienia zdarzenia B. W tym drugim przypadku rakieta zbliża się i zgodnie z (!!!) wszystkie przedziały czasu (w górę do tego momentu kontrolnego) w systemie referencyjnym żałobnik bliźniak(kolumna 2 ) należy pomnożyć przez, a następnie dodać odpowiedni czas propagacji sygnału (kolumna 3 ). Powyższe dotyczy dowolnego punktu kontrolnego w czasie, także końcowego, tj. koniec podróży P. W ten sposób obliczana jest kolumna 7 . Oczywiście rzeczywiste momenty odbioru sygnału nie zależą od sposobu ich obliczenia, o tym świadczy faktyczna zbieżność kolumn 6 I 7 .

Rozważany „eksperyment” potwierdza jedynie główny wniosek, że czas lotu własnego bliźniaka podróżującego (jego wiek) i czas oczekiwania bliźniaka pozostającego w domu (jego wiek) pokrywają się i nie ma w tym sprzeczności! „Sprzeczności” pojawiają się tylko w niektórych układach odniesienia, np. w systemie referencyjnym żałobnik bliźniak, ale nie wpływa to w żaden sposób na wynik końcowy, gdyż w tym układzie odniesienia bliźniacy w zasadzie nie mogą się spotkać, natomiast w systemie referencyjnym pozdrawiacz bliźniak, gdzie faktycznie spotykają się bliźniacy, nie ma już żadnych sprzeczności. Powtarzam: Podróżnicy przyszłości nie muszą się obawiać, że wracając na Ziemię znajdą się w jej odległej przyszłości!

Październik 2007

Najpierw zrozummy, czym są bliźnięta i kim są bliźniacy. Obydwa rodzą się z tej samej matki niemal jednocześnie. Ale chociaż bliźnięta mogą mieć różny wzrost, wagę, rysy twarzy i osobowości, bliźniaki są praktycznie nie do odróżnienia. Istnieje na to ścisłe naukowe wyjaśnienie.

Faktem jest, że przy urodzeniu bliźniąt proces zapłodnienia mógł przebiegać na dwa sposoby: albo komórka jajowa została zapłodniona przez dwa plemniki w tym samym czasie, albo już zapłodnione jajo podzieliło się na dwie części i każda połowa zaczęła się rozwijać w niezależną płód. W pierwszym przypadku, co nie trudno zgadnąć, rodzą się bliźnięta różniące się od siebie, w drugim - bliźnięta jednojajowe, które są do siebie absolutnie podobne. I choć fakty te są znane naukowcom od dawna, przyczyny wywołujące pojawienie się bliźniaków nie zostały jeszcze w pełni wyjaśnione.

To prawda, że ​​zauważono, że każdy stres może prowadzić do spontanicznego podziału komórki jajowej i pojawienia się dwóch identycznych zarodków. Tłumaczy to wzrost liczby urodzeń bliźniaków w okresach wojen czy epidemii, kiedy ciało kobiety doświadcza ciągłego niepokoju. Ponadto cechy geologiczne obszaru wpływają również na statystyki bliźniąt. Na przykład częściej rodzą się w miejscach o wzmożonej aktywności biopatogennej lub na obszarach złóż rud...

Wiele osób opisuje niejasne, ale uporczywe uczucie, że kiedyś mieli bliźniaka, który zniknął. Naukowcy uważają, że to stwierdzenie nie jest tak dziwne, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Obecnie udowodniono, że podczas poczęcia rodzi się o wiele więcej bliźniąt – zarówno identycznych, jak i bliźniąt jednorodzinnych. Naukowcy szacują, że od 25 do 85% ciąż rozpoczyna się od dwóch zarodków, a kończy na jednym dziecku.

Oto tylko dwa z setek i tysięcy przykładów znanych lekarzom, które potwierdzają ten wniosek...

Trzydziestoletni Maurice Tomkins, który skarżył się na częste bóle głowy, usłyszał rozczarowującą diagnozę: guz mózgu. Zdecydowano o przeprowadzeniu operacji. Kiedy guz został otwarty, chirurdzy byli oniemiali: okazało się, że nie jest to nowotwór złośliwy, jak wcześniej sądzono, ale nie rozpuszczone szczątki ciała brata bliźniaka. Świadczyły o tym włosy, kości, tkanka mięśniowa znaleziona w mózgu...

Podobną formację, tylko w wątrobie, stwierdzono u dziewięcioletniej uczennicy z Ukrainy. Kiedy wycięto guz, który urósł do wielkości piłki nożnej, przed oczami zaskoczonych lekarzy ukazał się straszny obraz: od środka sterczały kości, długie włosy, zęby, chrząstki, tkanka tłuszczowa, kawałki skóry ...

Fakt, że znaczna część zapłodnionych komórek jajowych faktycznie rozpoczyna swój rozwój od dwóch zarodków, potwierdziły badania ultrasonograficzne przebiegu ciąży u dziesiątek i setek kobiet. I tak w 1973 roku amerykański lekarz Lewis Helman poinformował, że spośród 140 zbadanych przez niego ciąż wysokiego ryzyka 22 rozpoczęły się od dwóch pęcherzyków embrionalnych – o 25% więcej niż oczekiwano. W 1976 roku dr Salvator Levy z Uniwersytetu w Brukseli opublikował swoje zdumiewające statystyki dotyczące badań ultrasonograficznych 7 000 kobiet w ciąży. Obserwacje przeprowadzone w pierwszych 10 tygodniach ciąży wykazały, że w 71% przypadków doszło do dwóch zarodków, ale urodziło się tylko jedno dziecko. Według Levy drugi zarodek zwykle znikał bez śladu do trzeciego miesiąca ciąży. W większości przypadków, zdaniem naukowca, jest on wchłaniany przez organizm matki. Niektórzy naukowcy sugerują, że być może jest to naturalny sposób usunięcia uszkodzonego zarodka i zachowania zdrowego zarodka.

Zwolennicy innej hipotezy tłumaczą to zjawisko faktem, że ciąże mnogie są nieodłącznie związane z naturą wszystkich ssaków. Ale u dużych przedstawicieli tej klasy, ze względu na to, że rodzą większe młode, na etapie tworzenia zarodka staje się singletonem. Naukowcy posunęli się jeszcze dalej w swoich konstrukcjach teoretycznych, stwierdzając, co następuje: „tak, rzeczywiście, zapłodnione jajo zawsze tworzy dwa zarodki, z których przeżywa tylko jeden, najsilniejszy. Ale drugi embrion wcale się nie rozpuszcza, lecz zostaje wchłonięty przez swojego brata, który przeżył”. Oznacza to, że w pierwszych stadiach ciąży w łonie kobiety występuje prawdziwy kanibalizm embrionalny. Głównym argumentem przemawiającym za tą hipotezą jest fakt, że we wczesnych stadiach ciąży zarodki bliźniacze rejestrowane są znacznie częściej niż w późniejszych okresach. Wcześniej uważano, że są to wczesne błędy diagnostyczne. Obecnie, sądząc po powyższych faktach, rozbieżność danych statystycznych została w pełni wyjaśniona.

Czasami zaginiony bliźniak daje się poznać w bardzo oryginalny sposób. Kiedy Patricia McDonell z Anglii zaszła w ciążę, dowiedziała się, że ma nie jedną grupę krwi, ale dwie: 7% grupy krwi A i 93% grupy 0. Grupa krwi należała do niej. Jednak większość krwi krążącej w ciele Patricii pochodziła od nienarodzonego brata bliźniaka, którego wchłonęła w łonie matki. Jednak kilkadziesiąt lat później jego szczątki nadal wytwarzały własną krew.

Bliźniaki wykazują także wiele interesujących cech w wieku dorosłym. Możesz to sprawdzić na poniższym przykładzie.

„Bliźniacy Jim” zostali rozdzieleni po urodzeniu, dorastali osobno i stali się sensacją, gdy się odnaleźli. Obaj nosili to samo nazwisko, obaj byli żonaci z kobietami o imieniu Linda, z którą się rozwiedli. Kiedy oboje pobrali się po raz drugi, ich żony również nosiły to samo imię - Betty. Każdy miał psa o imieniu Toy. Obaj pracowali jako zastępcy szeryfa oraz w McDonald's i na stacjach benzynowych. Wakacje spędzali na plaży w Petersburgu (Floryda) i jeździli Chevroletem. Oboje obgryzali paznokcie, pili piwo Miller i ustawiali białe ławki w pobliżu drzewa w swoich ogrodach.

Psycholog Thomas J. Bochard Jr. całe swoje życie poświęcił podobieństwom i różnicom w zachowaniu bliźniąt. Na podstawie obserwacji bliźniąt, które od wczesnego dzieciństwa wychowywały się w różnych rodzinach i w różnych środowiskach, doszedł do wniosku, że dziedziczność odgrywa znacznie większą niż dotychczas sądzono rolę w kształtowaniu cech osobowości, jej intelektu i psychiki oraz podatności na zaburzenia. niektóre choroby. Wiele badanych przez niego bliźniaków, mimo znacznych różnic w wychowaniu, wykazywało bardzo podobne cechy zachowania.

Na przykład Jack Yuf i Oscar Storch, urodzeni w 1933 roku w Trynidadzie, zostali rozdzieleni natychmiast po urodzeniu. Spotkali się tylko raz, gdy mieli po 20 lat. Mieli 45 lat, kiedy spotkali się ponownie u Bocharda w 1979 roku. Okazało się, że obaj mają wąsy, identyczne okulary w cienkich metalowych oprawkach i niebieskie koszule z podwójnymi kieszeniami i paskami na ramiona. Oscar, wychowywany przez matkę Niemkę i jej rodzinę w wierze katolickiej, w czasach faszyzmu wstąpił do Hitlerjugend. Jack wychował się w Trynidadzie przez swojego żydowskiego ojca, a później mieszkał w Izraelu, gdzie pracował w kibucu i służył w izraelskiej marynarce wojennej. Jack i Oscar odkryli, że pomimo różnych warunków życia, mieli te same nawyki. Na przykład oboje lubili czytać na głos w windzie, żeby zobaczyć, jak zareagują inni. Oboje czytali czasopisma jeden po drugim, mieli surowe usposobienie, nosili gumki na nadgarstkach i spłukiwali toaletę przed skorzystaniem z niej. Inne badane pary bliźniaków wykazały uderzająco podobne zachowanie. Bridget Harrison i Dorothy Lowe, urodzone w 1945 r. i rozdzielone, gdy miały tydzień, przybyły do ​​Bochard z zegarkiem i bransoletkami na jednej ręce, dwiema bransoletkami i siedmioma pierścionkami na drugiej. Później okazało się, że każda z sióstr miała kota o imieniu Tygrys, że syn Doroty miał na imię Richard Andrew, a syn Bridget Andrew Richard. Bardziej jednak imponujący był fakt, że oboje w wieku piętnastu lat prowadzili pamiętnik, a potem niemal jednocześnie zrezygnowali z tej działalności. Ich pamiętniki były tego samego typu i koloru. Co więcej, choć treść ksiąg była różna, to zapisy te prowadzono lub pomijano w tych samych dniach. Odpowiadając na pytania psychologów, wiele par kończyło swoje odpowiedzi w tym samym czasie i często popełniało te same błędy przy udzielaniu odpowiedzi. Badania wykazały podobieństwo bliźniąt w sposobie mówienia, gestykulacji i poruszania się. Stwierdzono również, że bliźnięta jednojajowe śpią tak samo, a ich fazy snu pokrywają się. Zakłada się, że mogą rozwinąć się u nich te same choroby.

To badanie na temat bliźniąt możemy zakończyć słowami Luigiego Geldy, który powiedział: „Jeśli jeden ma dziurę w zębie, to drugi ma ją w tym samym zębie lub wkrótce się pojawi”.

Wyimaginowane paradoksy SRT. Paradoks bliźniaków

Putenikhin P.V.
[e-mail chroniony]

W literaturze i Internecie wciąż toczą się liczne dyskusje na temat tego paradoksu. Zaproponowano i nadal proponuje się wiele jego rozwiązań (wyjaśnień), z których wyciąga się wnioski zarówno co do nieomylności STW, jak i jego fałszywości. Tezę, która posłużyła za podstawę do sformułowania paradoksu, po raz pierwszy sformułował Einstein w swojej fundamentalnej pracy na temat szczególnej (szczególnej) teorii względności „O elektrodynamice ciał w ruchu” w 1905 roku:

„Jeśli w punkcie A znajdują się dwa zegary pracujące synchronicznie i jeden z nich poruszamy się po zamkniętej krzywej ze stałą prędkością, aż powrócą do punktu A (...), to zegary te po dotarciu do punktu A będą opóźnione w stosunku do zegara godzinami, pozostając bez ruchu…”

Później teza ta otrzymała własne nazwy: „paradoks zegara”, „paradoks Langevina” i „paradoks bliźniaków”. Ta ostatnia nazwa utknęła i obecnie częściej spotyka się to sformułowanie nie z zegarkami, ale z bliźniakami i lotami kosmicznymi: jeśli któryś z bliźniaków poleci statkiem kosmicznym do gwiazd, to po powrocie okazuje się młodszy od swojego brata, który pozostał na Ziemi.

Znacznie rzadziej poruszana jest inna teza, sformułowana przez Einsteina w tej samej pracy i bezpośrednio po niej, o opóźnieniu zegarów na równiku w stosunku do zegarów na biegunie ziemskim. Znaczenie obu tez jest zbieżne:

„...zegar z balanserem, umieszczony na równiku ziemskim, powinien chodzić nieco wolniej niż dokładnie ten sam zegar umieszczony na biegunie, ale poza tym umieszczony w tych samych warunkach.”

Na pierwszy rzut oka stwierdzenie to może wydawać się dziwne, ponieważ odległość między zegarami jest stała i nie ma między nimi względnej prędkości. Ale tak naprawdę na zmianę tempa zegara wpływa prędkość chwilowa, która wprawdzie w sposób ciągły zmienia swój kierunek (prędkość styczna do równika), ale w sumie dają oczekiwane opóźnienie zegara.

Paradoks, pozorna sprzeczność w przewidywaniach teorii względności, powstaje, jeśli za poruszającego się bliźniaka uznamy ten, który pozostał na Ziemi. W takim przypadku bliźniak, który teraz poleciał w kosmos, powinien spodziewać się, że brat pozostający na Ziemi będzie od niego młodszy. Podobnie jest z zegarami: z punktu widzenia zegara na równiku zegar na biegunie należy uznać za ruchomy. Powstaje zatem sprzeczność: który z bliźniaków będzie młodszy? Który zegarek pokaże czas z opóźnieniem?

Najczęściej podaje się proste wyjaśnienie paradoksu: dwa rozważane systemy odniesienia w rzeczywistości nie są sobie równe. Bliźniak, który poleciał w przestrzeń kosmiczną, nie zawsze podczas lotu znajdował się w inercjalnym układzie odniesienia, w takich momentach nie może korzystać z równań Lorentza. Podobnie jest z zegarkami.

Stąd należy wyciągnąć wniosek: w STW nie da się poprawnie sformułować „paradoksu zegara”, teoria szczególna nie dokonuje dwóch wzajemnie wykluczających się przewidywań. Problem otrzymał pełne rozwiązanie po stworzeniu ogólnej teorii względności, która dokładnie rozwiązała problem i pokazała, że ​​rzeczywiście w opisanych przypadkach poruszające się zegary są opóźnione: zegar odlatującego bliźniaka i zegar na równiku. „Paradoks bliźniaków” i zegarów jest zatem zwyczajnym problemem teorii względności.

Problem opóźnienia zegara na równiku

Opieramy się na definicji pojęcia „paradoksu” w logice jako sprzeczności wynikającej z logicznie poprawnego rozumowania, prowadzącej do wzajemnie sprzecznych wniosków (Słownik encyklopedyczny), lub jako dwóch przeciwstawnych twierdzeń, za każdym z których istnieją przekonujące argumenty (Słownik encyklopedyczny). Logiki). Z tego stanowiska „paradoks bliźniaka, zegara i Langevina” nie jest paradoksem, ponieważ nie ma dwóch wzajemnie wykluczających się przewidywań teorii.

Najpierw pokażmy, że teza zawarta w pracy Einsteina o zegarze na równiku całkowicie pokrywa się z tezą o opóźnieniu poruszających się zegarów. Rysunek przedstawia umownie (widok z góry) zegar na biegunie T1 i zegar na równiku T2. Widzimy, że odległość między zegarami pozostaje niezmieniona, to znaczy, jak się wydaje, między nimi nie ma niezbędnej prędkości względnej, którą można zastąpić równaniami Lorentza. Dodajmy jednak trzeci zegar T3. Znajdują się one na biegunie ISO, podobnie jak zegar T1, dlatego działają z nimi synchronicznie. Ale teraz widzimy, że zegar T2 wyraźnie ma prędkość względną w stosunku do zegara T3: początkowo zegar T2 zbliża się do zegara T3, potem oddala się i ponownie zbliża. Zatem z punktu widzenia zegara stacjonarnego T3 zegar ruchomy T2 opóźnia się:

Ryc.1 Zegar poruszający się po okręgu pozostaje w tyle za zegarem znajdującym się w środku okręgu. Staje się to bardziej oczywiste, jeśli dodasz zegary stacjonarne blisko trajektorii ruchomych.

Dlatego zegar T2 również pozostaje w tyle za zegarem T1. Przesuńmy teraz zegar T3 tak blisko trajektorii T2, aby w pewnym początkowym momencie były one w pobliżu. W tym przypadku mamy do czynienia z klasyczną wersją paradoksu bliźniąt. Na poniższym rysunku widzimy, że początkowo zegary T2 i T3 znajdowały się w tym samym punkcie, następnie zegary na równiku T2 zaczęły się oddalać od zegarów T3 i po pewnym czasie po zamkniętej krzywej wróciły do ​​punktu wyjścia:

Ryc.2. Zegar T2 poruszający się po okręgu najpierw znajduje się obok nieruchomego zegara T3, następnie oddala się i po pewnym czasie ponownie do nich zbliża.

Jest to w pełni spójne ze sformułowaniem pierwszej tezy o opóźnieniu zegara, która stała się podstawą „paradoksu bliźniaków”. Ale zegary T1 i T3 są synchroniczne, dlatego zegar T2 jest również za zegarem T1. Zatem obie tezy z dzieła Einsteina mogą w równym stopniu służyć jako podstawa do sformułowania „paradoksu bliźniaków”.

Wielkość opóźnienia zegara w tym przypadku jest określona przez równanie Lorentza, do którego musimy podstawić prędkość styczną poruszającego się zegara. Rzeczywiście, w każdym punkcie trajektorii zegar T2 ma prędkości równe co do wielkości, ale różne w kierunku:

Ryc. 3 Poruszający się zegar ma stale zmieniający się kierunek prędkości.

Jak te różne prędkości mają się do równania? Bardzo prosta. Umieśćmy własny stały zegar w każdym punkcie trajektorii zegara T2. Wszystkie te nowe zegary są zsynchronizowane z zegarami T1 i T3, ponieważ wszystkie znajdują się w tym samym stałym ISO. Zegar T2, za każdym razem mijając odpowiedni zegar, doświadcza opóźnienia spowodowanego względną prędkością tuż obok tych zegarów. W chwilowym przedziale czasu według tego zegara zegar T2 również będzie opóźniony o chwilowo mały czas, który można obliczyć za pomocą równania Lorentza. Tutaj i dalej będziemy używać tego samego zapisu dla zegara i jego odczytów:

Oczywiście górną granicą całkowania są wskazania zegara T3 w momencie ponownego spotkania zegarów T2 i T3. Jak widać odczyty zegara T2< T3 = T1 = T. Лоренцев множитель мы выносим из-под знака интеграла, поскольку он является константой для всех часов. Введённое множество часов можно рассматривать как одни часы - «распределённые в пространстве часы». Это «пространство часов», в котором часы в каждой точке пространства идут синхронно и обязательно некоторые из них находятся рядом с движущимся объектом, с которым эти часы имеют строго определённое относительное (инерциальное) движение.

Jak widać, otrzymano rozwiązanie całkowicie pokrywające się z rozwiązaniem tezy pierwszej (do wielkości rzędu czwartego i wyższych). Z tego powodu poniższe rozważania można uznać za mające zastosowanie do wszystkich typów sformułowań „paradoksu bliźniaków”.

Wariacje na temat „paradoksu bliźniaków”

Jak zauważono powyżej, paradoks zegara oznacza, że ​​szczególna teoria względności wydaje się dokonywać dwóch wzajemnie sprzecznych przewidywań. Rzeczywiście, jak właśnie obliczyliśmy, zegar poruszający się po okręgu pozostaje w tyle za zegarem znajdującym się w środku koła. Natomiast zegar T2 poruszający się po okręgu ma podstawy twierdzić, że znajduje się w środku okręgu, po którym porusza się nieruchomy zegar T1.

Równanie na trajektorię poruszającego się zegara T2 z punktu widzenia zegara stacjonarnego T1:

x, y - współrzędne poruszającego się zegara T2 w układzie odniesienia zegarów stacjonarnych;

R jest promieniem okręgu opisanego przez poruszający się zegar T2.

Oczywiście z punktu widzenia poruszającego się zegara T2 odległość między nim a nieruchomym zegarem T1 jest w każdej chwili równa R. Wiadomo jednak, że zbiorem punktów jednakowo odległych od danego punktu jest okrąg. W konsekwencji w układzie odniesienia poruszającego się zegara T2 zegar stacjonarny T1 porusza się wokół nich po okręgu:

x 1 2 + y 1 2 = R 2

x 1 , y 1 - współrzędne zegara stacjonarnego T1 w ruchomym układzie odniesienia;

R jest promieniem okręgu opisanego przez zegar stacjonarny T1.

Rys.4 Z punktu widzenia poruszającego się zegara T2, nieruchomy zegar T1 porusza się wokół nich po okręgu.

A to z kolei oznacza, że ​​z punktu widzenia szczególnej teorii względności i w tym przypadku zegar powinien się spóźniać. Oczywiście w tym przypadku jest odwrotnie: T2 > T3 = T. Okazuje się, że tak naprawdę szczególna teoria względności podaje dwie wzajemnie wykluczające się przewidywania T2 > T3 i T2< T3? И это действительно так, если не принять во внимание, что теор ия была создана для инерциальных систем отсчета. Здесь же движущиеся часы Т2 не находятся в инерциальной системе. Само по себе это не запрет, а лишь указание на необходимость учесть это обстоятельство. И это обстоятельство разъясняет общая теор ия относительности . Применять его или нет, можно определить простым опытом. В инерциальной системе отсчета на тела не действуют никакие внешние силы. В неинерциальной системе и согласно принципу эквивалентности общей теор ии относительности на все тела действует сила инерции или тяготения. Следовательно, маятник в ней отклонится, все незакреплённые тела будут стремиться переместиться в одном направлении.

Taki eksperyment w pobliżu stacjonarnego zegara T1 da wynik negatywny, zostanie zaobserwowana nieważkość. Ale obok zegara T2 poruszającego się po okręgu, na wszystkie ciała będzie działać siła, która będzie miała tendencję do odrzucenia ich od nieruchomego zegara. Uważamy oczywiście, że w pobliżu nie ma innych ciał grawitacyjnych. Ponadto zegar T2 poruszający się po okręgu nie obraca się sam, to znaczy nie porusza się w ten sam sposób, co Księżyc wokół Ziemi, który zawsze jest zwrócony w tę samą stronę. Obserwatorzy w pobliżu zegarów T1 i T2 w swoich układach odniesienia będą widzieć obiekt w nieskończoności od nich zawsze pod tym samym kątem.

Zatem obserwator poruszający się z zegarem T2 musi liczyć się z faktem nieinercyjności swojego układu odniesienia zgodnie z postanowieniami ogólnej teorii względności. Przepisy te mówią, że zegar znajdujący się w polu grawitacyjnym lub w równoważnym polu bezwładności zwalnia. Zatem w odniesieniu do stacjonarnego (zgodnie z warunkami eksperymentalnymi) zegara T1 musi przyznać, że zegar ten znajduje się w polu grawitacyjnym o mniejszym natężeniu, dlatego jedzie szybciej niż jego własny i do jego oczekiwanych wskazań należy doliczyć poprawkę grawitacyjną .

Przeciwnie, obserwator znajdujący się obok nieruchomego zegara T1 stwierdza, że ​​poruszający się zegar T2 znajduje się w polu grawitacji inercyjnej, dlatego porusza się wolniej i od jego oczekiwanych wskazań należy odjąć poprawkę grawitacyjną.

Jak widzimy, opinia obu obserwatorów całkowicie się pokrywała, że ​​zegar T2, poruszając się w pierwotnym sensie, będzie opóźniony. W konsekwencji szczególna teoria względności w swojej „rozszerzonej” interpretacji formułuje dwie ściśle spójne przewidywania, co nie daje podstaw do głoszenia paradoksów. Jest to zwyczajny problem z bardzo konkretnym rozwiązaniem. Paradoks w SRT powstaje dopiero wtedy, gdy jego postanowienia zastosuje się do przedmiotu, który nie jest przedmiotem szczególnej teorii względności. Ale, jak wiadomo, nieprawidłowe założenie może prowadzić zarówno do prawidłowego, jak i fałszywego wyniku.

Eksperyment potwierdzający SRT

Należy zauważyć, że wszystkie omówione wyimaginowane paradoksy odpowiadają eksperymentom myślowym opartym na modelu matematycznym zwanym Szczególną Teorią Względności. To, że w tym modelu doświadczenia te mają rozwiązania otrzymane powyżej, nie musi oznaczać, że w rzeczywistych eksperymentach fizycznych otrzymane zostaną te same wyniki. Matematyczny model teorii przeszedł wiele lat testów i nie znaleziono w nim żadnych sprzeczności. Oznacza to, że wszystkie logicznie poprawne eksperymenty myślowe nieuchronnie dadzą wyniki, które to potwierdzą.

Pod tym względem szczególnie interesujący jest eksperyment, który jest powszechnie akceptowany w warunkach rzeczywistych i daje dokładnie taki sam wynik, jak rozważany eksperyment myślowy. Oznacza to bezpośrednio, że model matematyczny teorii poprawnie odzwierciedla i opisuje rzeczywiste procesy fizyczne.

Był to pierwszy eksperyment mający na celu sprawdzenie opóźnienia poruszającego się zegara, znany jako eksperyment Hafele-Keatinga, przeprowadzony w 1971 roku. Cztery zegary wykonane przy użyciu wzorców częstotliwości cezowych umieszczono w dwóch samolotach i podróżowano po całym świecie. Niektóre zegary poruszały się w kierunku wschodnim, podczas gdy inne okrążały Ziemię w kierunku zachodnim. Różnica w szybkości czasu wynikała z dodatkowej prędkości obrotu Ziemi, uwzględniono także wpływ pola grawitacyjnego na wysokości lotu w stosunku do poziomu Ziemi. W wyniku eksperymentu udało się potwierdzić ogólną teorię względności i zmierzyć różnicę w szybkości zegarów na pokładzie dwóch samolotów. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Nauka w 1972 r.

Literatura

1. Putenikhin P.V., Trzy błędy anty-SRT [przed krytyką teorii należy ją dobrze przestudiować; nie można obalić nienagannej matematyki teorii za pomocą jej własnych środków matematycznych, chyba że po cichu porzuci się jej postulaty - ale to inna teoria; nie wykorzystuje się znanych sprzeczności eksperymentalnych w SRT – eksperymenty Marinova i innych – trzeba je wielokrotnie powtarzać], 2011, URL:
http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/antisto.shtml (dostęp: 12.10.2015)

2. Putenikhin P.V., A więc paradoksu (bliźniaków) już nie ma! [animowane diagramy - rozwiązywanie paradoksu bliźniaków z wykorzystaniem ogólnej teorii względności; rozwiązanie obarczone jest błędem wynikającym z zastosowania przybliżonego potencjału równania a; oś czasu jest pozioma, oś odległości jest pionowa], 2014, URL:
http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/ddm4-oto.shtml (dostęp 12.10.2015)

3. Eksperyment Hafele-Keatinga, Wikipedia, [przekonujące potwierdzenie wpływu SRT na spowolnienie poruszającego się zegara], URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Hafele_-_Keating Experiment (dostęp: 12.10.2015)

4. Putenikhin P.V. Wyimaginowane paradoksy SRT. Paradoks bliźniaków [paradoks jest wyimaginowany, pozorny, ponieważ jego sformułowanie opiera się na błędnych założeniach; prawidłowe przewidywania szczególnej teorii względności nie są sprzeczne], 2015, URL:
http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/paradox-twins.shtml (dostęp: 12.10.2015)

Otiucki Giennadij Pawłowicz

W artykule omówiono istniejące podejścia do rozważań na temat paradoksu bliźniąt. Wykazano, że choć sformułowanie tego paradoksu wiąże się ze szczególną teorią względności, to większość prób jego wyjaśnienia odwołuje się do ogólnej teorii względności, która nie jest metodologicznie poprawna. Autor uzasadnia stanowisko, że samo sformułowanie „paradoksu bliźniaków” jest początkowo błędne, ponieważ opisuje zdarzenie niemożliwe w ramach szczególnej teorii względności. Adres artykułu: otm^.agat^a.pe^t^epa^/Z^SIU/b/Zb.^t!

Źródło

Nauki historyczne, filozoficzne, polityczne i prawne, kulturoznawstwo i historia sztuki. Zagadnienia teorii i praktyki

Tambow: Gramota, 2017. Nr 5(79) s. 129-131. ISSN 1997-292X.

Adres czasopisma: www.gramota.net/editions/3.html

© Wydawnictwo „Gramota”

Informacje o możliwości publikowania artykułów w czasopiśmie zamieszczane są na stronie internetowej wydawcy: www.gramota.net Redakcja kieruje pytania związane z publikacją materiałów naukowych na adres: [e-mail chroniony]

Nauki filozoficzne

W artykule omówiono istniejące podejścia do rozważań na temat paradoksu bliźniąt. Wykazano, że choć sformułowanie tego paradoksu wiąże się ze szczególną teorią względności, to większość prób jego wyjaśnienia odwołuje się do ogólnej teorii względności, która nie jest metodologicznie poprawna. Autor uzasadnia stanowisko, że samo sformułowanie „paradoksu bliźniaków” jest początkowo błędne, ponieważ opisuje zdarzenie niemożliwe w ramach szczególnej teorii względności.

Słowa i wyrażenia kluczowe: paradoks bliźniąt; ogólna teoria względności; szczególna teoria względności; przestrzeń; czas; jednoczesność; A. Einsteina.

Otyutski Giennadij Pawłowicz, doktor filozofii. SC, profesor

Rosyjski Państwowy Uniwersytet Społeczny w Moskwie

oIi2ku1@taI-gi

PARADOK BLIŹNIĄT JAKO BŁĄD LOGICZNY

Paradoksowi bliźniąt poświęcono tysiące publikacji. Paradoks ten interpretuje się jako eksperyment myślowy, którego idea jest generowana przez szczególną teorię względności (STR). Z głównych założeń STR (w tym idei równości inercyjnych układów odniesienia – IRS) wynika wniosek, że z punktu widzenia „stacjonarnych” obserwatorów wszystkie procesy zachodzące w układach poruszających się z prędkościami bliskimi prędkości światło musi nieuchronnie zwalniać. Warunek początkowy: jeden z braci bliźniaków – podróżnik – wyrusza w lot kosmiczny z prędkością porównywalną z prędkością światła c, a następnie wraca na Ziemię. Drugi brat – domator – pozostaje na Ziemi: „Z punktu widzenia domownika zegar podróżnego w ruchu płynie powoli, zatem wracając musi pozostawać w tyle za zegarem domatora. Z drugiej strony Ziemia poruszała się względem podróżnika, więc zegar kanapowca musiał się spóźniać. Tak naprawdę bracia mają równe prawa, dlatego po powrocie ich zegarki powinny pokazywać tę samą godzinę.”

Aby pogłębić „paradoksję”, podkreśla się fakt, że ze względu na spowolnienie czasu powracający podróżny musi być młodszy niż kanapowiec. J. Thomson pokazał kiedyś, że astronauta lecący do gwiazdy „najbliższej Centauri” zestarzeje się (z prędkością 0,5 od s) o 14,5 roku, podczas gdy na Ziemi upłynie 17 lat. Jednak w stosunku do astronauty Ziemia znajdowała się w ruchu bezwładnościowym, więc zegar ziemski zwalnia, a domator powinien stać się młodszy od podróżnika. W pozornym naruszeniu symetrii braci widać paradoks sytuacji.

P. Langevin umieścił paradoks w formie wizualnej historii bliźniaków w 1911 roku. Wyjaśnił paradoks, biorąc pod uwagę przyspieszony ruch astronauty podczas powrotu na Ziemię. Sformułowanie wizualne zyskało popularność i zostało później wykorzystane w wyjaśnieniach M. von Laue (1913), W. Pauli (1918) itp. W latach pięćdziesiątych XX wieku nastąpił gwałtowny wzrost zainteresowania paradoksem. wiąże się z chęcią przewidzenia przewidywalnej przyszłości załogowej eksploracji kosmosu. Twórczość G. Dingle'a, który w latach 1956-1959 został krytycznie zinterpretowany. próbował obalić istniejące wyjaśnienia paradoksu. W języku rosyjskim ukazał się artykuł M. Bourne’a, zawierający kontrargumenty do argumentów Dingle’a. Radzieccy badacze również nie pozostawali z boku.

Dyskusja na temat paradoksu bliźniaków trwa do dziś, a jej cele wzajemnie się wykluczają – albo potwierdzają, albo obalają SRT jako całość. Autorzy pierwszej grupy uważają: paradoks ten jest wiarygodnym argumentem za udowodnieniem niespójności STW. I tak I. A. Vereshchagin, klasyfikując SRT jako fałszywą naukę, zauważa paradoks: „Młodszy, ale starszy” i „starszy, ale młodszy” - jak zawsze od czasów Eubulidesa. Teoretycy zamiast wyciągnąć wniosek o fałszywości teorii, wydają osąd: albo jeden z dyskutantów będzie młodszy od drugiego, albo pozostaną w tym samym wieku. Na tej podstawie twierdzi się nawet, że SRT zatrzymało rozwój fizyki na sto lat. Yu. A. Borysow idzie dalej: „Nauczanie teorii względności w szkołach i na uniwersytetach w kraju jest wadliwe, pozbawione znaczenia i praktycznej celowości”.

Inni autorzy uważają, że rozpatrywany paradoks jest pozorny i nie świadczy o niespójności SRT, lecz wręcz przeciwnie, jest jego wiarygodnym potwierdzeniem. Przedstawiają skomplikowane obliczenia matematyczne, uwzględniające zmianę układu odniesienia podróżnego i starają się udowodnić, że STR nie przeczy faktom. Można wyróżnić trzy podejścia do uzasadnienia paradoksu: 1) identyfikacja błędów logicznych w rozumowaniu, które doprowadziły do ​​widocznej sprzeczności; 2) szczegółowe obliczenia wielkości dylatacji czasu z pozycji każdego z bliźniaków; 3) włączenie teorii innych niż SRT do systemu uzasadniania paradoksu. Wyjaśnienia drugiej i trzeciej grupy często się pokrywają.

Uogólniająca logika „obalania” wniosków SRT obejmuje cztery kolejne tezy: 1) Podróżnik, przelatując obok dowolnego zegara, który jest nieruchomy w układzie kanapowca, obserwuje jego zwolniony ruch. 2) Podczas długiego lotu skumulowane odczyty mogą w dowolnym stopniu opóźniać się w stosunku do odczytów zegarka podróżnego. 3) Po szybkim zatrzymaniu podróżny obserwuje opóźnienie zegara znajdującego się w „miejscu zatrzymania”. 4) Wszystkie zegary w układzie „stacjonarnym” działają synchronicznie, więc zegar brata na Ziemi również będzie opóźniony, co przeczy wnioskom SRT.

Wydawnictwo GRAMOTA

Teza czwarta jest traktowana jako oczywista i stanowi ostateczny wniosek o paradoksalnym charakterze sytuacji z bliźniakami w odniesieniu do SRT. Dwie pierwsze tezy rzeczywiście logicznie wynikają z postulatów SRT. Autorzy podzielający tę logikę nie chcą jednak widzieć, że teza trzecia nie ma nic wspólnego z SRT, gdyż „szybkie zatrzymanie” z prędkości porównywalnej z prędkością światła możliwe jest dopiero po uzyskaniu gigantycznego opóźnienia spowodowanego potężna siła zewnętrzna. „Zaprzeczający” udają jednak, że nie dzieje się nic istotnego: podróżny nadal „musi obserwować opóźnienie zegara znajdującego się na przystanku”. Ale dlaczego „trzeba obserwować”, skoro prawa STR przestają obowiązywać w tej sytuacji? Nie ma jednoznacznej odpowiedzi, a raczej postuluje się ją bez dowodów.

Podobne przeskoki logiczne charakteryzują także autorów, którzy „uzasadniają” ten paradoks wykazaniem asymetrii bliźniąt. Dla nich decydująca jest teza trzecia, gdyż kojarzą skoki zegara z sytuacją przyspieszania/zwalniania. Według D.V. Skobelcyna „logiczne jest uznanie, że przyczyną efektu [spowolnienia zegara] jest «przyspieszenie», którego doświadcza B na początku swego ruchu, w przeciwieństwie do A, który... pozostaje nieruchomy przez cały czas czasie w tym samym układzie inercjalnym.” Rzeczywiście, aby powrócić na Ziemię, podróżnik musi wyjść ze stanu ruchu inercyjnego, zwolnić, zawrócić, a następnie ponownie przyspieszyć do prędkości porównywalnej z prędkością światła, a po dotarciu do Ziemi zwolnić i ponownie się zatrzymać. Logika D. W. Skobelcyna, podobnie jak wielu jego poprzedników i naśladowców, opiera się na tezie samego A. Einsteina, który jednak formułuje paradoks zegarów (ale nie „bliźniaków”): „Jeśli w punkcie A znajdują się dwa synchronicznie działających zegarów i przesuwamy jeden z nich po zamkniętej krzywej ze stałą prędkością, aż powrócą do A (co zajmie, powiedzmy, t sekund), wówczas zegary te, po dotarciu do A, będą opóźnione w porównaniu z zegarami zegary, które pozostały nieruchome.” Sformułując ogólną teorię względności (GTR), Einstein próbował w 1918 roku zastosować ją do wyjaśnienia efektu zegara w humorystycznym dialogu pomiędzy krytykiem a relatywistą. Paradoks wyjaśniono, biorąc pod uwagę wpływ pola grawitacyjnego na zmianę rytmu czasu [Ibid., s. 616-625].

Opieranie się jednak na A. Einsteinie nie chroni autorów przed teoretycznym podstawieniem, co staje się jasne, jeśli poda się prostą analogię. Wyobraźmy sobie „Przepisy drogowe” z jedną zasadą: „Bez względu na szerokość drogi, kierowca musi jechać równo i prosto z prędkością 60 km na godzinę”. Formułujemy problem: jeden bliźniak to domator, drugi to zdyscyplinowany kierowca. W jakim wieku będzie każdy z bliźniaków, gdy kierowca wróci do domu z długiej podróży?

Problem ten nie tylko nie ma rozwiązania, ale jest też błędnie sformułowany: jeśli kierowca będzie zdyscyplinowany, nie będzie mógł wrócić do domu. Aby to zrobić, musi albo opisać półkole ze stałą prędkością (ruch nieliniowy!), albo zwolnić, zatrzymać się i zacząć przyspieszać w przeciwnym kierunku (ruch nierówny!). W żadnej z opcji przestaje być zdyscyplinowanym kierowcą. Podróżnikiem z paradoksu jest ten sam niezdyscyplinowany astronauta, łamiący postulaty SRT.

Wyjaśnienia oparte na porównaniach linii świata obu bliźniaków wiążą się z podobnymi naruszeniami. Mówi się wprost, że „linia świata podróżnika, który odleciał z Ziemi i na nią wrócił, nie jest prosta”, tj. sytuacja ze sfery STR przenosi się do sfery GTR. Ale „jeśli paradoks bliźniaków jest problemem wewnętrznym SRT, to należy go rozwiązać metodami SRT, nie wychodząc poza jego zakres”.

Wielu autorów, którzy „udowodnili” spójność paradoksu bliźniaków, uważa eksperyment myślowy z bliźniakami i rzeczywiste eksperymenty z mionami za równoważne. Zatem A. S. Kamieniew uważa, że ​​w przypadku ruchu cząstek kosmicznych zjawisko „paradoksu bliźniaków” objawia się „bardzo zauważalnie”: „niestabilny mion (mu-mezon) poruszający się z prędkością podświetlną istnieje we własnym układzie odniesienia przez około 10-6 sekund, to jak jej czas życia względem laboratoryjnego układu odniesienia okazuje się o około dwa rzędy wielkości dłuższy (około 10-4 sek) - ale tutaj prędkość cząstki różni się od prędkości światła o tylko setne procenta. O tym samym pisze D.V. Skobeltsyn. Autorzy nie widzą lub nie chcą widzieć zasadniczej różnicy pomiędzy sytuacją bliźniaków a sytuacją mionów: podróżnik bliźniak zmuszony jest zerwać z podporządkowaniem postulatom STR, zmieniając prędkość i kierunek ruchu, a miony przez cały czas zachowują się jak układy inercyjne, więc ich zachowanie można wyjaśnić przy pomocy stacji paliw.

A. Einstein szczególnie podkreślił, że STR zajmuje się układami inercjalnymi i tylko nimi, stwierdzając równoważność tylko wszystkich „galilejskich (nieprzyspieszonych) układów współrzędnych, tj. takie układy, względem których wystarczająco izolowane punkty materialne poruszają się prostoliniowo i równomiernie.” Ponieważ SRT nie uwzględnia takich ruchów (nierównych i nieliniowych), dzięki którym podróżny mógłby wrócić na Ziemię, SRT wprowadza zakaz takiego powrotu. Paradoks bliźniaków nie jest zatem wcale paradoksalny: w ramach SRT po prostu nie da się go sformułować, jeśli rygorystycznie przyjmiemy jako przesłanki wstępne postulaty, na których opiera się ta teoria.

Tylko nieliczni badacze próbują rozważyć stanowisko dotyczące bliźniąt w preparacie zgodnym z SRT. W tym przypadku zachowanie bliźniaków uważa się za podobne do znanego już zachowania mionów. V. G. Pivovarov i O. A. Nikonov wprowadzają koncepcję dwóch „ciał domowych” A i B w odległości b w ISO K oraz podróżnika C w rakiecie K lecącego z prędkością V porównywalną z prędkością

światło (ryc. 1). Cała trójka urodziła się w tym samym czasie, gdy rakieta przeleciała obok punktu C. Po spotkaniu bliźniaków C i B wiek A i C można porównać za pomocą proxy B, który jest kopią bliźniaka A (ryc. 2).

Bliźniak A wierzy, że kiedy B i C się spotkają, zegarek Bliźniaka C będzie wskazywał krótszy czas. Bliźniak C uważa, że ​​jest w spoczynku, zatem na skutek relatywistycznego spowolnienia zegara bliźniakom A i B upłynie mniej czasu. Otrzymuje się typowy paradoks bliźniąt.

Ryż. 1. Bliźniaki A i C rodzą się w tym samym czasie co bliźniak B według zegara ISO K”

Ryż. 2. Bliźniacy B i C spotykają się po przebyciu przez bliźniaka C odległości L

Zainteresowanego czytelnika odsyłamy do obliczeń matematycznych podanych w artykule. Zatrzymajmy się jedynie na wnioskach jakościowych autorów. W ISO K bliźniak C przelatuje odległość b pomiędzy A i B z prędkością V. To określi wiek bliźniaków A i B w momencie spotkania B i C. Jednakże w ISO K wiek bliźniaka C jest określany na podstawie czas, w którym ten sam leci z prędkością L” – odległość pomiędzy A i B w układzie K”. Według SRT, b” jest krótsze niż odległość b. Oznacza to, że czas spędzony przez bliźniaka C, według jego własnego zegara, na locie pomiędzy A i B jest krótszy niż wiek bliźniaków A i B. Autorzy artykułu podkreślają, że w momencie spotkania bliźniaków B i C, wiek własny bliźniąt A i B różni się od wieku własnego bliźniaka C, a „przyczyną tej różnicy jest asymetria warunków początkowych problemu” [Ibid., s. 140].

Zatem teoretyczne sformułowanie sytuacji z bliźniakami zaproponowane przez V. G. Pivovarova i O. A. Nikonova (zgodne z postulatami SRT) okazuje się podobne do sytuacji z mionami, potwierdzonej eksperymentami fizycznymi.

Klasyczne sformułowanie „paradoksu bliźniaków” w przypadku, gdy jest on skorelowany z SRT, jest elementarnym błędem logicznym. Będąc błędem logicznym, paradoks bliźniaków w swoim „klasycznym” sformułowaniu nie może być argumentem ani za, ani przeciw SRT.

Czy to oznacza, że ​​nie można dyskutować nad tezą bliźniaczą? Oczywiście, że możesz. Jeśli jednak mówimy o klasycznym sformułowaniu, to należy je traktować jako tezę-hipotezę, a nie jako paradoks związany z SRT, gdyż do uzasadnienia tezy służą pojęcia spoza ram SRT. Na uwagę zasługuje dalszy rozwój podejścia V. G. Pivovarova i O. A. Nikonowa oraz omówienie paradoksu bliźniaków w ujęciu odmiennym od rozumienia P. Langevina i zgodnym z postulatami SRT.

Lista źródeł

1. Borysow Yu A. Przegląd krytyki teorii względności // International Journal of Applied and Fundamental Research. 2016. Nr 3. S. 382-392.

2. Urodzony M. Podróże kosmiczne i paradoks zegara // Postępy w naukach fizycznych. 1959. T. LXIX. s. 105-110.

3. Vereshchagin I. A. Fałszywe nauki i paranauka XX wieku. Część 2 // Postępy współczesnych nauk przyrodniczych. 2007. nr 7. s. 28-34.

4. Kamieniew A. S. A. Teoria względności Einsteina i niektóre filozoficzne problemy czasu // Biuletyn Moskiewskiego Państwowego Uniwersytetu Pedagogicznego. Seria „Nauki filozoficzne”. 2015. Nr 2 (14). s. 42-59.

5. Paradoks bliźniaków [Zasoby elektroniczne]. Adres URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Twin_paradox (data dostępu: 31.03.2017).

6. Pivovarov V. G., Nikonov O. A. Uwagi na temat paradoksu bliźniaków // Biuletyn Państwowego Uniwersytetu Technicznego w Murmańsku. 2000. T. 3. nr 1. s. 137-144.

7. Skobeltsyn D.V. Paradoks bliźniaków i teoria względności. M.: Nauka, 1966. 192 s.

8. Terletsky Ya. P. Paradoksy teorii względności. M.: Nauka, 1966. 120 s.

9. Thomson J.P. Przewidywalna przyszłość. M.: Literatura zagraniczna, 1958. 176 s.

10. Einstein A. Zbiór prac naukowych. M.: Nauka, 1965. T. 1. Prace nad teorią względności 1905-1920. 700 s.

PARADOK BLIŹNIACZY JAKO BŁĄD LOGICZNY

Otyutskii Gennadii Pavlovich, doktor filozofii, profesor Rosyjskiego Państwowego Uniwersytetu Społecznego w Moskwie otiuzkyi@mail. ru

W artykule omówiono dotychczasowe podejścia do rozważań na temat paradoksu bliźniąt. Wykazano, że choć sformułowanie tego paradoksu ma związek ze szczególną teorią względności, to w większości prób jego wyjaśnienia posługuje się także ogólną teorią względności, co nie jest poprawne metodologicznie. Autor stawia tezę, że samo sformułowanie „paradoksu bliźniaków” jest początkowo błędne, gdyż opisuje zdarzenie niemożliwe w ramach szczególnej teorii względności.

Słowa i wyrażenia kluczowe: paradoks bliźniąt; ogólna teoria względności; szczególna teoria względności; przestrzeń; czas; jednoczesność; A. Einsteina.

Jaka była reakcja światowej sławy naukowców i filozofów na dziwny, nowy świat teorii względności? Była inna. Większość fizyków i astronomów, zawstydzonych naruszeniem „zdrowego rozsądku” i matematycznymi trudnościami ogólnej teorii względności, zachowała roztropne milczenie. Ale naukowcy i filozofowie, którym udało się zrozumieć teorię względności, przyjęli ją z radością. Wspomnieliśmy już, jak szybko Eddington zdał sobie sprawę ze wagi osiągnięć Einsteina. Maurice Schlick, Bertrand Russell, Rudolf Kernap, Ernst Cassirer, Alfred Whitehead, Hans Reichenbach i wielu innych wybitnych filozofów byli pierwszymi entuzjastami, którzy pisali o tej teorii i próbowali wyjaśnić wszystkie jej konsekwencje. ABC względności Russella zostało po raz pierwszy opublikowane w 1925 roku i pozostaje jednym z najpopularniejszych wykładów teorii względności.

Wielu naukowców nie potrafiło uwolnić się od starego, newtonowskiego sposobu myślenia.

Pod wieloma względami przypominali naukowców z odległych czasów Galileusza, którzy nie mogli się zdobyć na przyznanie, że Arystoteles może się mylić. Sam Michelson, którego wiedza matematyczna była ograniczona, nigdy nie zaakceptował teorii względności, chociaż jego wielki eksperyment utorował drogę teorii szczególnej. Później, w 1935 roku, kiedy byłem studentem na Uniwersytecie w Chicago, profesor William MacMillan, znany naukowiec, prowadził dla nas kurs astronomii. Otwarcie stwierdził, że teoria względności to smutne nieporozumienie.

« My, współczesne pokolenie, jesteśmy zbyt niecierpliwi, aby na cokolwiek czekać.„, napisał Macmillan w 1927 r.” W ciągu czterdziestu lat od próby odkrycia przez Michelsona oczekiwanego ruchu Ziemi względem eteru porzuciliśmy wszystko, czego nas wcześniej uczono, stworzyliśmy najbardziej bezsensowny postulat, jaki mogliśmy wymyślić, i stworzyliśmy nienewtonowski mechaniki zgodnej z tym postulatem. Osiągnięty sukces jest doskonałym hołdem dla naszej aktywności umysłowej i naszego dowcipu, choć nie jest pewne, że naszego zdrowego rozsądku».

Przeciwko teorii względności wysunięto wiele różnych zarzutów. Jeden z najwcześniejszych i najtrwalszych zarzutów stawiany był pod adresem paradoksu, o którym po raz pierwszy wspomniał sam Einstein w 1905 roku w swoim artykule na temat szczególnej teorii względności (słowo „paradoks” używane jest w znaczeniu czegoś sprzecznego z ogólnie przyjętymi poglądami, ale jest logicznie spójny).

Paradoksowi temu poświęcono wiele uwagi we współczesnej literaturze naukowej, gdyż rozwój lotów kosmicznych wraz z konstrukcją fantastycznie dokładnych przyrządów do pomiaru czasu może wkrótce umożliwić bezpośrednie sprawdzenie tego paradoksu.

Paradoks ten jest zwykle określany jako doświadczenie psychiczne z udziałem bliźniąt. Sprawdzają zegarki. Jeden z bliźniaków na statku kosmicznym odbywa długą podróż w kosmos. Kiedy wraca, bliźniacy porównują swoje zegarki. Według szczególnej teorii względności zegarek podróżny będzie wskazywał nieco krótszy czas. Innymi słowy, czas płynie wolniej na statku kosmicznym niż na Ziemi.

Dopóki trasa kosmiczna ogranicza się do Układu Słonecznego i odbywa się ze stosunkowo małą prędkością, ta różnica czasu będzie znikoma. Jednak na dużych dystansach i przy prędkościach bliskich prędkości światła „redukcja czasu” (jak czasami nazywa się to zjawisko) będzie się zwiększać. Nie jest wykluczone, że z czasem zostanie odnaleziony sposób, dzięki któremu statek kosmiczny, powoli przyspieszając, będzie mógł osiągnąć prędkość tylko nieznacznie mniejszą od prędkości światła. Umożliwi to odwiedzanie innych gwiazd w naszej Galaktyce, a być może nawet innych galaktyk. Zatem paradoks bliźniaków to coś więcej niż tylko zagadka w salonie; pewnego dnia stanie się codziennością podróżników kosmicznych.

Załóżmy, że astronauta – jeden z bliźniaków – pokonuje odległość tysiąca lat świetlnych i wraca: odległość ta jest niewielka w porównaniu z rozmiarami naszej Galaktyki. Czy istnieje pewność, że astronauta nie umrze na długo przed końcem podróży? Czy jego podróż, jak w wielu dziełach science fiction, wymagałaby całej kolonii mężczyzn i kobiet, pokoleń żyjących i umierających, gdy statek odbywał długą międzygwiezdną podróż?

Odpowiedź zależy od prędkości statku.

Jeśli podróż odbywa się z prędkością bliską prędkości światła, czas wewnątrz statku będzie płynął znacznie wolniej. Według czasu ziemskiego podróż będzie trwała oczywiście ponad 2000 lat. Z punktu widzenia astronauty podróż statkiem kosmicznym, jeśli porusza się wystarczająco szybko, może trwać tylko kilka dekad!

Dla tych czytelników, którzy lubią przykłady numeryczne, oto wynik ostatnich obliczeń Edwina McMillana, fizyka z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Pewien astronauta udał się z Ziemi do mgławicy spiralnej Andromedy.

Znajduje się nieco mniej niż dwa miliony lat świetlnych stąd. Astronauta pierwszą połowę podróży przemieszcza ze stałym przyspieszeniem 2 g, następnie ze stałym zwalnianiem 2 g, aż dotrze do mgławicy. (Jest to wygodny sposób na wytworzenie stałego pola grawitacyjnego wewnątrz statku przez cały czas trwania długiej podróży bez użycia rotacji.) Podróż powrotną odbywa się w ten sam sposób. Według własnego zegarka astronauty podróż będzie trwała 29 lat. Według ziemskiego zegara upłyną prawie 3 miliony lat!

Od razu zauważyłeś, że pojawiło się wiele atrakcyjnych możliwości. Czterdziestoletni naukowiec i jego młody asystent laboratoryjny zakochali się w sobie. Uważają, że różnica wieku uniemożliwia ich ślub. Wyrusza zatem w długą kosmiczną podróż, poruszając się z prędkością bliską prędkości światła. Wraca w wieku 41 lat. Tymczasem jego dziewczyna na Ziemi stała się trzydziestotrzyletnią kobietą. Prawdopodobnie nie mogła czekać 15 lat, aż ukochany wróci i poślubi kogoś innego. Naukowiec nie może tego znieść i wyrusza w kolejną daleką podróż, zwłaszcza że interesuje go poznanie stosunku kolejnych pokoleń do jednej stworzonej przez niego teorii, czy ją potwierdzą, czy obalą. Wraca na Ziemię w wieku 42 lat. Dziewczyna z jego ostatnich lat zmarła dawno temu i, co gorsza, z jego tak drogiej mu teorii nie pozostało nic. Obrażony wyrusza w jeszcze dłuższą podróż, by powracając w wieku 45 lat ujrzeć świat, który istnieje już od kilku tysiącleci. Możliwe, że podobnie jak podróżnik z Wehikułu czasu Wellsa odkryje, że ludzkość się zdegenerowała. I tutaj „osiada na mieliźnie”. „Wehikuł czasu” Wellsa mógłby poruszać się w obu kierunkach, a nasz samotny naukowiec nie miałby możliwości powrotu do swojego zwykłego fragmentu historii ludzkości.

Jeśli taka podróż w czasie stanie się możliwa, pojawią się zupełnie niezwykłe pytania moralne. Czy byłoby coś nielegalnego, gdyby na przykład kobieta wyszła za mąż za własnego pra-pra-pra-pra-pra-pra-pra-prawnuka?

Uwaga: ten rodzaj podróży w czasie omija wszelkie logiczne pułapki (tą plagę science fiction), takie jak możliwość cofnięcia się w czasie i zabicia własnych rodziców przed narodzinami lub wyskoczenia w przyszłość i strzelenia sobie z pistoletu kula w czoło.

Rozważmy na przykład sytuację z panną Kate ze słynnego żartu:

Młoda dama o imieniu Kat

Poruszał się znacznie szybciej niż światło.

Ale zawsze trafiałem w niewłaściwe miejsce:

Jeśli szybko się pospieszysz, wrócisz do wczoraj.

Tłumaczenie: AI Bazya

Gdyby wróciła wczoraj, poznałaby swojego sobowtóra. Inaczej nie byłoby to tak naprawdę wczoraj. Ale wczoraj nie mogło być dwóch Pann Kat, bo udając się w podróż w czasie, Pani Kat nie pamiętała nic ze swojego wczorajszego spotkania ze swoim sobowtórem. Więc tutaj masz logiczną sprzeczność. Ten rodzaj podróży w czasie jest logicznie niemożliwy, chyba że założymy istnienie świata identycznego z naszym, ale poruszającego się w czasie inną ścieżką (jeden dzień wcześniej). Mimo to sytuacja staje się bardzo skomplikowana.

Należy również zauważyć, że Einsteinowska forma podróży w czasie nie przypisuje podróżnikowi żadnej prawdziwej nieśmiertelności ani nawet długowieczności. Z punktu widzenia podróżnika starość zawsze zbliża się do niego z normalną prędkością. I tylko „własny czas” Ziemi wydaje się temu podróżnikowi pędzącemu z zawrotną szybkością.

Henri Bergson, słynny francuski filozof, był najwybitniejszym myślicielem, który skrzyżował miecze z Einsteinem w sprawie paradoksu bliźniąt. Dużo pisał o tym paradoksie, naśmiewając się z tego, co wydawało mu się logicznie absurdalne. Niestety wszystko, co napisał, udowadniało jedynie, że wielkim filozofem można być bez znaczącej znajomości matematyki. W ostatnich latach protesty przybrały na sile. Herbert Dingle, angielski fizyk, „najgłośniej” nie chce wierzyć w ten paradoks. Od wielu lat pisze dowcipne artykuły na temat tego paradoksu, zarzucając specjalistom od teorii względności albo głupotę, albo przebiegłość. Powierzchowna analiza, którą przeprowadzimy, oczywiście nie wyjaśni w pełni toczącej się debaty, której uczestnicy szybko zagłębiają się w złożone równania, ale pomoże zrozumieć ogólne przyczyny, które doprowadziły do ​​niemal jednomyślnego uznania przez specjalistów, że paradoks bliźniaków zostanie przeprowadzony dokładnie tak, jak pisałem o tym Einstein.

Zarzut Dingle’a, najostrzejszy, jaki kiedykolwiek podniesiono przeciwko paradoksowi bliźniaków, jest następujący. Zgodnie z ogólną teorią względności nie ma ruchu absolutnego, nie ma „wybranego” układu odniesienia.

Zawsze istnieje możliwość wybrania poruszającego się obiektu jako stałego układu odniesienia bez naruszania praw natury. Kiedy za układ odniesienia przyjmuje się Ziemię, astronauta odbywa długą podróż, wraca i odkrywa, że ​​stał się młodszy od swojego pozostającego w domu brata. Co się stanie, jeśli układ odniesienia zostanie podłączony do statku kosmicznego? Teraz musimy założyć, że Ziemia odbyła długą podróż i wróciła.

W tym przypadku domatorem będzie ten z bliźniaków, który był na statku kosmicznym. Czy kiedy Ziemia powróci, brat, który na niej był, stanie się młodszy? Jeżeli tak się stanie, to w obecnej sytuacji paradoksalne wyzwanie dla zdrowego rozsądku ustąpi miejsca oczywistej logicznej sprzeczności. Oczywiste jest, że żaden z bliźniaków nie może być młodszy od drugiego.

Dingle chciałby z tego wyciągnąć wniosek: albo trzeba założyć, że na końcu podróży bliźniacy będą w dokładnie tym samym wieku, albo trzeba porzucić zasadę względności.

Nie wykonując żadnych obliczeń, łatwo zrozumieć, że oprócz tych dwóch alternatyw istnieją inne. Prawdą jest, że każdy ruch jest względny, ale w tym przypadku istnieje jedna bardzo istotna różnica pomiędzy względnym ruchem astronauty a względnym ruchem kanapowca. Kanapowiec jest nieruchomy względem Wszechświata.

Jak ta różnica wpływa na paradoks?

Załóżmy, że astronauta udaje się odwiedzić Planetę X gdzieś w Galaktyce. Jego podróż odbywa się ze stałą prędkością. Zegar kanapowego jest podłączony do inercyjnego układu odniesienia Ziemi, a jego odczyty pokrywają się z odczytami wszystkich innych zegarów na Ziemi, ponieważ wszystkie są nieruchome względem siebie. Zegarek astronauty jest podłączony do innego inercyjnego układu odniesienia, czyli do statku. Gdyby statek płynął zawsze w jednym kierunku, nie byłoby paradoksu, bo nie byłoby możliwości porównania wskazań obu zegarów.

Ale na planecie X statek zatrzymuje się i zawraca. W tym przypadku zmienia się inercyjny układ odniesienia: zamiast układu odniesienia oddalającego się od Ziemi pojawia się układ poruszający się w kierunku Ziemi. Przy takiej zmianie powstają ogromne siły bezwładności, ponieważ statek podczas skrętu doświadcza przyspieszenia. A jeśli przyspieszenie podczas zakrętu będzie bardzo duże, astronauta (a nie jego brat bliźniak na Ziemi) umrze. Te siły bezwładności powstają oczywiście, ponieważ astronauta przyspiesza względem Wszechświata. Nie występują one na Ziemi, ponieważ Ziemia nie doświadcza takiego przyspieszenia.

Z jednego punktu widzenia można powiedzieć, że siły bezwładności powstałe w wyniku przyspieszenia „powodują” spowolnienie zegarka astronauty; z innego punktu widzenia wystąpienie przyspieszenia ujawnia po prostu zmianę układu odniesienia. W wyniku takiej zmiany linia świata statku kosmicznego, jego droga na wykresie w czterowymiarowej czasoprzestrzeni Minkowskiego, zmienia się tak, że całkowity „właściwy czas” podróży z powrotem okazuje się mniejszy niż całkowity właściwy czas na linii świata bliźniaka pozostającego w domu. Przy zmianie układu odniesienia uwzględniane jest przyspieszenie, ale w obliczeniach uwzględniane są tylko równania specjalnej teorii.

Zarzut Dingle'a jest nadal aktualny, ponieważ dokładnie te same obliczenia można by przeprowadzić przy założeniu, że stały układ odniesienia jest powiązany ze statkiem, a nie z Ziemią. Teraz Ziemia wyrusza w podróż, po czym wraca, zmieniając inercjalny układ odniesienia. Dlaczego nie przeprowadzić tych samych obliczeń i w oparciu o te same równania wykazać, że czas na Ziemi się spóźnił? I te wyliczenia byłyby sprawiedliwe, gdyby nie jeden niezwykle istotny fakt: gdy Ziemia się poruszała, wraz z nią poruszał się cały Wszechświat. Kiedy Ziemia się obracała, Wszechświat również się obracał. To przyspieszenie Wszechświata wytworzyłoby potężne pole grawitacyjne. Jak już wykazano, grawitacja spowalnia zegar. Na przykład zegar na Słońcu tyka rzadziej niż ten sam zegar na Ziemi, a na Ziemi rzadziej niż na Księżycu. Po wykonaniu wszystkich obliczeń okazuje się, że pole grawitacyjne powstałe w wyniku przyspieszenia przestrzeni spowolniłoby zegar na statku kosmicznym w porównaniu z zegarem na Ziemi dokładnie o tę samą wielkość, o jaką zwalniał on w poprzednim przypadku. Pole grawitacyjne oczywiście nie miało wpływu na zegar ziemski. Ziemia jest nieruchoma względem przestrzeni, dlatego nie powstało na niej żadne dodatkowe pole grawitacyjne.

Pouczające jest rozważenie przypadku, w którym występuje dokładnie taka sama różnica czasu, chociaż nie ma przyspieszeń. Statek kosmiczny A przelatuje obok Ziemi ze stałą prędkością, kierując się w stronę planety X. Gdy statek kosmiczny mija Ziemię, jego zegar jest ustawiony na zero. Statek kosmiczny A kieruje się w stronę planety X i mija statek kosmiczny B, który porusza się ze stałą prędkością w przeciwnym kierunku. W momencie największego zbliżenia statek A prześle radiotelefon do statku B i zmierz czas (mierzony jego zegarem), jaki upłynął od chwili minięcia Ziemi. Na statku B zapamiętują tę informację i kontynuują podróż w kierunku Ziemi ze stałą prędkością. Kiedy mijają Ziemię, przekazują jej raport o czasie, jaki zajęła A podróż z Ziemi na Planetę X, a także czas, jakiego B (mierzony przez jego zegarek) potrzebował na podróż z Planety X na Ziemię. Suma tych dwóch przedziałów czasu będzie mniejsza niż czas (mierzony przez zegar ziemski), który upłynął od chwili, gdy A minął Ziemię, do chwili, gdy minął B.

Tę różnicę czasu można obliczyć za pomocą specjalnych równań teoretycznych. Tutaj nie było żadnych przyspieszeń. Oczywiście w tym przypadku nie ma paradoksu bliźniaków, ponieważ nie ma astronauty, który odleciał i wrócił. Można założyć, że podróżujący bliźniak udał się na statek A, następnie przesiadł się na statek B i wrócił; nie można tego jednak zrobić bez przejścia z jednego inercjalnego układu odniesienia do drugiego. Aby dokonać takiego przeniesienia, musiałby zostać poddany działaniu zdumiewająco potężnych sił bezwładności. Siły te wynikałyby ze zmiany jego układu odniesienia. Gdybyśmy chcieli, moglibyśmy powiedzieć, że siły bezwładności spowalniają zegar bliźniaka. Jeśli jednak rozpatrzymy cały epizod z punktu widzenia podróżującego bliźniaka, łącząc go ze stałym układem odniesienia, wówczas do rozważań wejdzie przesuwająca się przestrzeń tworząca pole grawitacyjne. (Głównym źródłem nieporozumień przy rozważaniu paradoksu bliźniaków jest to, że sytuację można opisać z różnych punktów widzenia). Niezależnie od przyjętego punktu widzenia, równania teorii względności zawsze dają tę samą różnicę w czasie. Różnicę tę można uzyskać stosując tylko jedną specjalną teorię. I w ogóle, aby omówić paradoks bliźniaków, odwoływaliśmy się do ogólnej teorii tylko po to, aby obalić zarzuty Dingle'a.

Często niemożliwe jest określenie, która możliwość jest „poprawna”. Czy podróżujący bliźniak lata tam i z powrotem, czy może kanapowy ziemniak robi to wraz z kosmosem? Istnieje fakt: względny ruch bliźniaków. Można jednak o tym rozmawiać na dwa różne sposoby. Z jednego punktu widzenia zmiana inercyjnego układu odniesienia astronauty, która powoduje powstanie sił bezwładności, prowadzi do różnicy wieku. Z innego punktu widzenia wpływ sił grawitacyjnych przewyższa efekt związany ze zmianą układu inercjalnego Ziemi. Z każdego punktu widzenia ciało domowe i kosmos pozostają względem siebie w bezruchu. Zatem pozycja jest zupełnie inna z różnych punktów widzenia, chociaż względność ruchu jest ściśle zachowana. Paradoksalna różnica wieku zostaje wyjaśniona niezależnie od tego, który z bliźniaków uznawany jest za spoczynkowy. Nie ma potrzeby odrzucać teorii względności.

Teraz można zadać interesujące pytanie.

A co jeśli w kosmosie nie ma nic poza dwoma statkami kosmicznymi A i B? Pozwól statkowi A, korzystając z silnika rakietowego, przyspieszyć, odbyć długą podróż i wrócić. Czy wstępnie zsynchronizowane zegary na obu statkach będą zachowywać się tak samo?

Odpowiedź będzie zależała od tego, czy podążasz za poglądem na bezwładność Eddingtona czy Dennisa Sciamy. Z punktu widzenia Eddingtona tak. Statek A przyspiesza względem czasoprzestrzennej metryki przestrzeni; statek B nie. Ich zachowanie jest asymetryczne i będzie skutkować typową różnicą wieku. Z punktu widzenia Skjama nie. Mówienie o przyspieszeniu ma sens tylko w odniesieniu do innych ciał materialnych. W tym przypadku jedynymi obiektami są dwa statki kosmiczne. Pozycja jest całkowicie symetryczna. I rzeczywiście, w tym przypadku nie da się mówić o inercjalnym układzie odniesienia, gdyż bezwładność nie istnieje (poza wyjątkowo słabą bezwładnością wywołaną obecnością dwóch statków). Trudno przewidzieć, co by się stało w kosmosie bez inercji, gdyby statek włączył silniki rakietowe! Jak to ujął Sciama z angielską ostrożnością: „Życie byłoby zupełnie inne w takim Wszechświecie!”

Ponieważ spowolnienie zegara podróżującego bliźniaka można uznać za zjawisko grawitacyjne, każde doświadczenie pokazujące spowolnienie czasu pod wpływem grawitacji stanowi pośrednie potwierdzenie paradoksu bliźniąt. W ostatnich latach uzyskano kilka takich potwierdzeń, stosując nową, niezwykłą metodę laboratoryjną opartą na efekcie Mössbauera. W 1958 roku młody niemiecki fizyk Rudolf Mössbauer odkrył metodę wykonania „zegara nuklearnego”, który odmierza czas z niezrozumiałą dokładnością. Wyobraź sobie zegar tykający pięć razy na sekundę i inny zegar tykający tak, że po milionie milionów tyknięć spowolni on tylko o jedną setną taktu. Efekt Mössbauera pozwala natychmiast wykryć, że drugi zegar działa wolniej niż pierwszy!

Eksperymenty z wykorzystaniem efektu Mössbauera wykazały, że czas płynie nieco wolniej w pobliżu fundamentów budynku (gdzie grawitacja jest większa) niż na jego dachu. Jak zauważa Gamow: „Maszyszynistka pracująca na parterze Empire State Building starzeje się wolniej niż jej siostra bliźniaczka pracująca pod dachem”. Oczywiście ta różnica wieku jest nieuchwytnie mała, ale istnieje i można ją zmierzyć.

Angielscy fizycy, wykorzystując efekt Mössbauera, odkryli, że zegar nuklearny umieszczony na krawędzi szybko wirującego dysku o średnicy zaledwie 15 cm nieco zwalnia. Obracający się zegar można uznać za bliźniaka, który w sposób ciągły zmienia swój inercyjny układ odniesienia (lub za bliźniaka, na który oddziałuje pole grawitacyjne, jeśli weźmiemy pod uwagę, że dysk jest w spoczynku, a kosmos się obraca). Ten eksperyment jest bezpośrednim testem paradoksu bliźniąt. Najbardziej bezpośredni eksperyment zostanie przeprowadzony, gdy zegar nuklearny zostanie umieszczony na sztucznym satelicie, który będzie się obracał z dużą prędkością wokół Ziemi.

Satelita zostanie wówczas zwrócony, a odczyty zegara zostaną porównane z zegarami, które pozostały na Ziemi. Oczywiście szybko zbliża się czas, kiedy astronauta będzie mógł dokonać najdokładniejszego sprawdzenia, zabierając ze sobą zegar nuklearny w odległą podróż kosmiczną. Żaden z fizyków, poza profesorem Dingle, nie wątpi, że wskazania zegarka astronauty po jego powrocie na Ziemię będą się nieznacznie różnić od wskazań zegarów nuklearnych pozostałych na Ziemi.

Jednak zawsze musimy być przygotowani na niespodzianki. Pamiętaj o eksperymencie Michelsona-Morleya!

Uwagi:

Budynek w Nowym Jorku mający 102 piętra. - Notatka tłumaczenie.