Меню

Об относительности времени

Центральным принципом специальной теории относительности (СТО) является идея о том, что опыт времени - локальное явлением. Каждый объект в точке пространства может располагаться в своей собственной версии времени, которое течет быстрее или медленнее, в зависимости от исходной геометрии и точки отсчета. К примеру, относительные изменения в опыте времени происходят в случаях, когда один объект движется к другому объекту или оба удаляются друг от друга. «Замедление времени» может привести к тому, что часы будут работать на разных скоростях в разных локациях.

Предположим, у нас есть двое часов: A и B, которые очень точны. Часы А стоят на месте, в то время как часы В едва заметно к ним приближаются. Когда B проходит точку A, мы видим, что они идеально синхронизированы. Затем часы B продолжают уходить от A, как показано ниже. СТО говорит нам, что, поскольку B удаляется от A, то его время будет работать медленнее, чем A, и постепенно будет отставать.

часы alter science

Но вот вопрос: B удаляется от A или A удаляется от B? Поскольку скорость относительна, то нет способа узнать абсолютно точный ответ. Вполне возможно, A должны работать медленнее, чем B; или, возможно, оба измерительных прибора функционирую медленнее, но относительно друг друга. Такое предположение кажется абсурдным, и бросает вызов всей логике. Иначе говоря: A> B, потому что B> A, что невозможно. Чтобы немного усложнить ситуацию, добавим третьи часы: A, B и C.

часы-2 alter science

Как и прежде, A стоит на месте, B движется вправо. C тем временем направляется влево от A с равной и противоположной скоростью B. СТО говорит нам, что C и B должны записывать время медленнее, чем A, тогда как A «замедляется» в той же степени относительно C и B. Это также говорит нам, что C должно идти медленнее, чем B, но в большей степени, чем относительное к А, и аналогично B должен замедляться по отношению к C. Математически это выглядит так:>в и в> и с > и>с и с>>Б и в>>с.

Близнецы

История, которую часто рассказывают, чтобы продемонстрировать последствия замедления времени СТО, - это история путешествующих близнецов; явление известно как парадокс близнецов.

Это выглядит примерно так: пара идентичных близнецов, названных Альфа и Бета, решают отправиться к ближайшей звезде, где была обнаружена новая планета. Планета находится на расстоянии 10 световых лет от Земли, и близнецы имеют в своем распоряжении космический корабль, способный лететь со скоростью, близкой к скорости света. Однако на корабле помещается один пассажир. Поэтому было решено, что Альфа остается дома, пока Бета отправляется в путешествие один. По их оценкам, путешествие в оба конца занимает около 20 лет.

Путешествие начинается. Оказавшись вне гравитации Земли, корабль разгоняется и достигает субсветовой скорости примерно через года. Чтобы соответствовать пределу скорости СТО, скажем, что максимальная скорость корабля составляет 99,99% скорости света. Затем корабль плывет с постоянной скоростью в течение следующих 10 лет. Когда он приближается к планете, он замедляется с той же скоростью, пока не остановится. Затем Бета выходит, фотографирует, собирает образцы и т. д., возвращается на корабль и отправляется домой. Обратное путешествие следует той же схеме ускорения, что и раньше, пока не достигнет Земли.

рафик скорости корабля будет выглядеть так:

время alter science

Корабль Беты возвращается на Землю. Альфа ожидает своего брата. Мы видим, что он заметно изменился. Время состарило его. В то же время Альфа мало изменился по сравнению с днем, когда он улетел. В то время как все на Земле прожили свои двадцать лет, Бета постарел на 1 год. Все приборы времени корабля также почти не двигались по сравнению с часами на Земле. СТО говорит нам, что Бета пережил замедление времени. Чем ближе скорость корабля к скорости света, тем медленнее становились часы и тем медленнее он старел по сравнению с Альфой. Бета не осознавал этого, потому что все его телесные функции и даже мысли замедлялись аналогичным образом. Но момент относительности...

Бета удалялась от Альфы или Альфа удалялся от Беты? Как классическая механика, так и СТО говорят нам, что скорость не имеет абсолютной меры и может быть измерена только относительно чего-то другого. Бета смотрит в свое заднее окно и видит, что Альфа отходит от него с той же скоростью, с которой Альфа видит, как корабль Беты удаляется от Земли. Вот таким образом:

A alter science

Или:

B alter sacience

Так почему бы Альфе не остаться молодым и не позволить Бете стареть? Это то же самое. Или давайте так: когда корабль вернется, кто из них моложе? Та же самая ситуация, что и с движущимися часами. Хотя есть одно отличие.

Эффекты ускорения

Противники приведенного выше аргумента могут указать, что мы не можем просто поменять роли Альфы и Беты, потому что между ними есть разница, так как Бета испытал ускорение, а Альфа — нет. Это правда. Бета двигался со субсветовой скоростью, а также испытал ускорение/замедление при «переключении» между скоростями покоя и света. Однако само ускорение не объясняет разницу во времени по следующим причинам.

1. Расчеты замедления времени основаны главным образом на скорости, а не на ускорении. Если скорость не была проблемой, то не имело бы большого значения, на сколько максимальной окажется скорость корабля - 90% или 99,99% от C. Но коэффициент Лоренца для 0,9 с(γ= 2,3) сильно отличается от 0,9999 с (γ=71) 2. Ускорение/замедление происходит только в течение коротких периодов поездки - см. диаграмму скорости выше.

2. Если ускорение было решающим фактором для замедления времени, то не было бы никакой разницы, если бы пункт назначения находился на расстоянии 20 световых лет вместо 10. Njulf мы могли бы просто удалить крейсерскую часть поездки, т. е. сразу замедлится после достижения максимальной скорости, и получить тот же результат.

3. Ускорение, испытываемое Бетой, - мягкое, только сила тяжести Земли. Если бы ускорение такой легкой степени могло бы позволить Бете лишить его 20 лет жизни, то мы могли сидеть в центрифуге и добиться того же самого эффекта. Поскольку направление ускорения неважно (суммарное ускорение пути Беты было равно нулю), не должно иметь значения, что ускорение центрифуги постоянно меняет направление.

Аргументы

Что приводит нас к стандартному объяснению этой аномалии, известному как «ускоренные и инерционные системы отсчета». По этой логике, Бета переместился в другой «временной интервал» из-за своего начального ускорения, тогда как Альфа остался в прежней системе координат. Соответственно, Бета испытал замедление времени, но не Альфа. Важным моментом является фактор скорости.

Здесь ускорение - то, что позволяет «замедлять» время. Правда, с логической точки зрения это не имеет смысла, поскольку ничего не говорит о скорости самого ускорения. Получается, что, хотя нулевое ускорение не изменит «систему отсчета», ненулевое ускорение любой величины внесет свои коррективы. Например, ускорение Беты может быть в миллиард триллионов раз слабее земного притяжения, но это все, что нужно для того, чтобы Бета старел в 71 раз медленнее, чем Альфа, а не наоборот.

Если ускорение было определяющим фактором степени расширения, то оно должно быть включено в LT, описывающее его. Но на самом деле это не так. С другой стороны, Альфа, оставленный на Земле, не может стоять на месте и будет все время ускоряться. Когда Земля вращается, в том числе вокруг Солнца, он также испытывает ускорение.

Даже если он и Земля были каким-то образом абсолютно неподвижны, молекулы в его теле постоянно двигаются, а вибрация включает в себя ускорение. Поэтому аргумент, который предпочитает ненулевые ускоряющиеся тела по сравнению с нулевыми ускоряющими, никогда не может быть применен в реальной ситуации.

Двойные изменения во времени

Можно утверждать, что замедление времени еще возможно, если оно затронет оба тела одинаково. Это не утверждение СТО, но идея для дальнейшей дискуссии. В приведенном выше примере с двумя часами, если оба такта замедляются на одну и ту же величину во время движения, каждый из них все равно будет показывать одинаковое время.

Другими словами, замедление времени могло произойти, но у нас не было возможности узнать это. Данный аргумент верен для двух часов, но разваливается на примере трех приборов. В примере с тремя часами A, B и C, B работал медленнее, чем A, но медленнее, чем C. Таким образом, невозможно, чтобы все три такта замедлялись равномерно.

Вектор времени

Последнее соображение - это вероятность того, что замедление времени может произойти, если оно изменятся в зависимости от направления. Например, Бета может стареть медленнее, чем Альфа, путешествуя вдали от Земли, а затем стареть быстрее во время обратного путешествия, восстанавливая свой возраст, чтобы соответствовать Альфе. Конечным результатом является то, что произошло бы замедление времени, но ни один из близнецов не узнает об этом. Хотя такая возможность сохраняется для примера двух наблюдателей, аналогичный сценарий разваливается на примере трех близнецов.

Предположим, у нас есть три наблюдателя A, B и C, как на картинке.

abc

A и C неподвижны относительно друг друга, в то время как B отходит от A и приближается к C. Если замедление времени зависит от направления, то часы B должны двигаться медленнее, чем A, но быстрее, чем C (или наоборот, как вы предпочитаете), что противоречит геометрии между A и C, часы которых должны двигаться с одинаковой скоростью. Математически это представляется следующим образом: A>B и B>C и A=C Еще одна невозможность.

Заключение

Сторонники СТО заставили бы нас поверить, что фонтан молодости ждет нас внутри высокоскоростного ракетного корабля или в течение всей жизни безостановочного реактивного полета, если только мы сможем сделать их достаточно быстрыми. Хорошо, если бы это было правдой. Исходя из рассуждений о том, что любой сдвиг во времени, который может произойти в результате движущихся тел, должен происходить одинаково, поскольку каждое тело движется в равной степени относительно другого, то такое замедление времени между движущимися телами попросту невозможно.

Добавил: Всеволод Гордиенко Дата: 2019-06-09 Раздел: Физика