Natura este plină de lucruri și paradoxuri uimitoare. Iar unul dintre ei, asociat cu mișcarea cu viteza luminii, este numit „paradoxul gemenilor”.
Probabil că sunteți familiarizați cu fenomenul de înjumătățire: multe particule subatomice sunt instabile și după o scurtă perioadă de decădere (se transformă în altceva). Timpul de înjumătățire al unei particule este timpul necesar pentru a „aștepta” pentru a atinge o șansă de 50% de degradare.
De exemplu, timpul de înjumătățire a muonilor este de 2,2 microsecunde. Dacă ai avea 100 de muoane, ar mai rămâne doar 50 de muoni în 2,2 microsecunde, nu? De fapt, nu neapărat.
2.2 microsecunde este timpul scurs pentru un muon. Dacă aveți o mână de 100 de muoni staționari, atunci după 2,2 microsecunde vor fi aproximativ 50. Dar dacă aveți un prieten care zboară într-o rachetă la 50% din viteza luminii, atunci când trec 10 secunde pentru dvs., va dura 8, 66 secunde.
Se dovedește că acest lucru este valabil și pentru muoane. Deci, dacă cei 100 de muoi nu sunt statici, ci se mișcă într-un accelerator de particule cu 50% viteza luminii, atunci după 2,2 microsecunde din partea ta, va fi de aproximativ 1,9 microsecunde pentru muoni. Acest lucru înseamnă că până la acest moment veți avea aproximativ 55 de mii.
În cadrul de referință, ar trece 2,54 microsecunde, în timp ce 2,2 microsecunde ar trece pentru muoni. Deci, rămâne 50 de muoane după 2,54 microsecunde.
Ce legătură are gemenii?
Video promotional:
Poate citești și te gândești: ce au gemenii și paradoxurile cu asta? Știi, aceasta este o întrebare foarte bună și la timp.
Imaginează-ți că ai un frate geamăn. Și chiar în tinerețe, ai aflat că era un ticălos și plănuia să preia lumea. Pentru a scăpa de planurile sale monstruoase, îi pompezi somniferele, îl pui într-o rachetă și îi trimiți 90% din viteza luminii departe de Pământ.
Din păcate, datorită efectului de dilatare a timpului asupra gemenilor dvs., timpul trece semnificativ mai lent. În cei nouă ani ai săi, doar patru ani trec pentru el. Dacă, după nouă ani, reușește să întoarcă nava și să se întoarcă cu aceeași viteză, vei îmbătrâni 18 ani, iar el - doar opt!
De obicei, acesta este sfârșitul discuțiilor despre paradox, care a fost propus pentru prima dată în 1911 de Paul Langevin ca un experiment de gândire și de aici se termină totul. Cu toate acestea, la o examinare mai atentă a „paradoxului geamăn” apare o întrebare interesantă.
Paul Langevin.
Din punctul de vedere al gemenilor tăi răi, Pământul și tu te-ai mișcat la 90% din viteza luminii. Astfel, după nouă ani pentru el, ar trebui să treacă doar patru ani pentru tine. Cu alte cuvinte, dacă gemenul tău crede că au trecut opt ani de la plecare pentru a se întoarce pentru el, atunci ar fi trebuit să treacă doar trei ani și jumătate pentru tine!
Deci, când se va întoarce gemenul tău rău, care dintre voi va fi cel mai în vârstă? Acesta este tocmai paradoxul.
Poate părea că această întrebare este un verdict pentru teoria specială a relativității. Unii consacră astăzi site-uri web complete pentru „expunerea” SRT. Cu toate acestea, putem dovedi științific că unul dintre gemeni va îmbătrâni de fapt mai mult.
Twin Paradox este una dintre acele probleme care are o singură soluție elegantă (sau, s-ar putea spune, un răspuns). După cum probabil ați înțeles deja, această sarcină implică dilatarea timpului relativist conform teoriei relativității speciale.
Decizie
Abordând soluția paradoxului, mai întâi imaginează-ți că tu și gemenul tău ai un ceas în brațe, iar prietena ta poate ține evidența timpului pe ceasul tău și pe ceasul său. Puteți urmări în mod independent timpul pe ceas și pe gemenul dvs. pe al lui: fiecare este unde se află. Dar acesta este un ceas neobișnuit: bifează doar o dată pe an - în ziua aniversării mântuirii Pământului de la copia ta rea. În această zi, puteți, de asemenea, să schimbați mesaje sub forma unui impuls electromagnetic (sunteți o familie până la urmă). Și aici este de remarcat faptul că lumina de la telescop și semnalul electromagnetic pe care îl trimiteți se mișcă cu aceeași viteză.
Acum, dacă desenăm o diagramă de spațiu timp pentru tine și geamănul tău, obținem acest lucru:
Diagrama Twin Paradox / Science ABC / Naked Science.
În imaginea din stânga, vă aflați cu propriul cadru de referință. În dreapta vedem două cadre de referință corespunzătoare plecării și întoarcerii fratelui tău.
Vom efectua calcule corespunzătoare cadrului dvs. de referință. Să zicem că gemenul tău este de 2,67 ani-lumină într-o singură direcție. Acum că cunoaștem distanța și viteza cu care se deplasează, putem calcula timpul necesar pentru a călători: puțin peste doi ani și jumătate. Din punctul tău de vedere, călătoria gemenilor a durat aproximativ șase ani.
Deci, se dovedește că fratele geamăn rău se va întoarce pe Pământ pentru a face ravagii în aproximativ șase din anii tăi, deși va fi puțin peste doi ani și jumătate pentru el. În consecință, cu cât viteza obiectelor se apropie de viteza luminii, cu atât „experiența” lor se încetinește în comparație cu alte obiecte care nu se mișcă la viteze relativ apropiate de viteza luminii, fie că este vorba de un om sau de un muon.
Vladimir Guillen
