«Егіз парадокс» деп аталатын ойлау экспериментінің негізгі мақсаты арнайы салыстырмалылық теориясының (СРТ) логикасы мен негізділігін жоққа шығару болды. Бірден айта кететін жайт, шын мәнінде ешқандай парадокс туралы мәселе жоқ және бұл сөздің өзі осы тақырыпта кездеседі, өйткені ойлау экспериментінің мәні бастапқыда дұрыс түсінілмеді.
SRT-тің негізгі идеясы
Салыстырмалылық теориясының парадоксы (егіз парадокс) «қозғалмайтын» бақылаушы қозғалатын объектілердің процестерін баяулау ретінде қабылдайтынын айтады. Сол теорияға сәйкес инерциялық санақ жүйелері (еркін денелердің қозғалысы түзу сызықта және біркелкі болатын немесе олар тыныштықта болатын жүйелер) бір-біріне қатысты тең.
Қысқаша егіз парадокс
Екінші постулатты ескере отырып, арнайы салыстырмалылық теориясының сәйкессіздігі туралы болжам бар. Рұқсат ету үшінбұл мәселе анық, екі егіз ағайынды жағдайды қарастыру ұсынылды. Біреуі (шартты түрде - саяхатшы) ғарыштық ұшуға жіберілді, ал екіншісі (үй адамы) Жер планетасында қалды.
Егіз парадокстың тұжырымы мұндай жағдайларда әдетте келесідей естіледі: үйде отыруға сәйкес, саяхатшының сағатының уақыты баяу жылжиды, яғни ол қайтып келгенде, оның (саяхатшының) сағаты артта қалады. Саяхатшы, керісінше, Жердің өзіне қатысты қозғалып жатқанын көреді (оның үстінде сағаты бар үй иесі бар) және оның көзқарасы бойынша, уақытты баяу өткізетін ағасы.
Негізі екі ағайынды да бірдей жағдайда, яғни олар бірге болғанда сағаттарының уақыты бірдей болады. Сонымен бірге, салыстырмалылық теориясы бойынша, аға-саяхатшының сағаты артта қалуы керек. Көрінетін симметрияның мұндай бұзылуы теория ережелеріндегі сәйкессіздік ретінде қарастырылды.
Эйнштейннің салыстырмалылық теориясынан егіз парадокс
1905 жылы Альберт Эйнштейн бір-бірімен синхрондалған сағаттар жұбы А нүктесінде болғанда, олардың біреуі қисық тұйық траектория бойымен олар қайтадан нүктеге жеткенше тұрақты жылдамдықпен қозғала алады деген теореманы шығарды. A (және бұл, мысалы, t секунд алады), бірақ келу сәтінде олар қозғалыссыз қалған сағатқа қарағанда аз уақытты көрсетеді.
Алты жылдан кейін бұл теорияның парадокс жағдайыПол Лангевин ұсынған. Көрнекі оқиғаға «оралған» ол ғылымнан алыс адамдар арасында да көп ұзамай танымал болды. Лангевиннің өзі айтқандай, теориядағы сәйкессіздіктер саяхатшының Жерге оралған кезде жеделдетілген жылдамдықпен қозғалуымен түсіндірілді.
Екі жылдан кейін Макс фон Лауе маңызды нәрсе объектінің үдеу моменттері емес, оның Жерде болған кезде басқа инерциялық санақ жүйесіне түсуі маңызды деген нұсқаны алға тартты.
Ақырында, 1918 жылы Эйнштейн екі егіздің парадоксын уақыттың өтуіне гравитациялық өрістің әсері арқылы түсіндіре алды.
Парадокстың түсіндірмесі
Егіз парадокстың қарапайым түсіндірмесі бар: екі анықтамалық жүйе арасындағы теңдік туралы бастапқы болжам қате. Саяхатшы үнемі инерциялық санақ жүйесінде қалмады (бұл сағатпен оқиғаға да қатысты).
Нәтижесінде көбісі егіз парадоксты дұрыс тұжырымдау үшін арнайы салыстырмалық теориясын пайдалану мүмкін емес деп ойлады, әйтпесе үйлесімсіз болжамдар туындайды.
Жалпы салыстырмалылық теориясы құрылғанда бәрі шешілді. Ол мәселенің нақты шешімін берді және синхрондалған сағаттардың ішінде қозғалыстағылар артта қалатынын растай алды. Осылайша, бастапқыда парадоксалды тапсырма қарапайым тапсырма мәртебесін алды.
Даулы мәселелер
Ұсыныстар баржеделдету сәті сағат жылдамдығын өзгерту үшін жеткілікті маңызды. Бірақ көптеген тәжірибелік сынақтар барысында үдеу әсерінен уақыт қозғалысының жылдамдамайтыны немесе баяуламайтыны дәлелденді.
Нәтижесінде, ағайындылардың бірі жылдамдатқан траектория сегменті саяхатшы мен үй иесі арасында болатын кейбір асимметрияны ғана көрсетеді.
Бірақ бұл мәлімдеме тыныштықта қалған нәрсе үшін емес, қозғалатын нысан үшін уақыттың неге баяулайтынын түсіндіре алмайды.
Тәжірибе арқылы сынау
Егіз парадокс формулалары мен теоремалары дәл сипаттайды, бірақ қабілетсіз адам үшін бұл өте қиын. Теориялық есептеулерден гөрі тәжірибеге көбірек сенетіндер үшін көптеген эксперименттер жүргізілді, олардың мақсаты салыстырмалылық теориясын дәлелдеу немесе жоққа шығару болды.
Бір жағдайда атомдық сағат қолданылған. Олар өте дәл және ең аз десинхронизация үшін оларға миллион жылдан астам уақыт қажет болады. Жолаушылар ұшағында олар Жерді бірнеше рет айналып өтті, содан кейін ешқайда ұшпаған сағаттардан айтарлықтай артта қалды. Бұл сағаттың бірінші үлгісінің қозғалыс жылдамдығы жарықтан алыс болғанына қарамастан.
Тағы бір мысал: мюондардың (ауыр электрондардың) өмірі ұзағырақ. Бұл элементар бөлшектер қарапайым бөлшектерден бірнеше жүз есе ауыр, теріс зарядқа ие және жер атмосферасының жоғарғы қабатындағарыштық сәулелердің әрекеті. Олардың Жерге қарай қозғалыс жылдамдығы жарық жылдамдығынан сәл ғана төмен. Шынайы өмір сүру ұзақтығымен (2 микросекунд) олар планетаның бетіне тигенге дейін ыдырайтын еді. Бірақ ұшу барысында олар 15 есе ұзағырақ (30 микросекунд) өмір сүреді және әлі де мақсатқа жетеді.
Парадокс пен сигнал алмасудың физикалық себебі
Физика егіз парадоксты неғұрлым қолжетімді тілде түсіндіреді. Ұшу кезінде ағайынды егіздердің екеуі де бір-бірінен тыс жерде болады және олардың сағаттарының синхронды қозғалатынына көз жеткізе алмайды. Саяхатшы сағаттарының бір-біріне жіберетін сигналдарын талдасақ, олардың қозғалысы қаншалықты баяулайтынын дәл анықтауға болады. Бұл жарық импульстері немесе сағаттық беттің бейне жіберуі ретінде көрсетілген "нақты уақыттың" әдеттегі сигналдары.
Сиз сигналдың осы шақта емес, бұрыннан бері берілмейтінін түсінуіңіз керек, өйткені сигнал белгілі бір жылдамдықпен таралады және көзден қабылдағышқа өту үшін белгілі бір уақыт қажет.
Сигнал диалогының нәтижесін тек Доплер эффектісін ескере отырып дұрыс бағалауға болады: көз қабылдағыштан алыстаған кезде сигнал жиілігі төмендейді, ал жақындаған кезде ол артады.
Парадоксалды жағдайларда түсініктеме құрастыру
Осы егіз әңгімелердің парадокстарын түсіндірудің екі негізгі жолы бар:
- Мұқиятқарама-қайшылықтар үшін бар логикалық конструкцияларды қарастыру және пайымдаулар тізбегіндегі логикалық қателерді анықтау.
- Бауырластардың әрқайсысының көзқарасы бойынша уақыттың баяулау фактісін бағалау үшін егжей-тегжейлі есептеулерді орындау.
Бірінші топқа SRT негізіндегі және инерциялық санақ жүйесіне жазылған есептеу өрнектері кіреді. Бұл жерде қозғалыстың үдеуімен байланысты моменттердің жалпы ұшу ұзақтығына қатысты аз болатыны соншалық, оларды елемеуге болады деп болжанады. Кейбір жағдайларда олар саяхатшыға қатысты қарама-қарсы бағытта қозғалатын және оның сағатынан Жерге деректерді жіберу үшін пайдаланылатын үшінші инерциялық санақ жүйесін енгізе алады.
Екінші топқа үдетілген қозғалыс сәттерінің әлі де бар екендігін ескере отырып құрастырылған есептеулер кіреді. Бұл топтың өзі де екі топшаға бөлінеді: бірі гравитациялық теорияны (GR) пайдаланады, ал екіншісі қолданбайды. Егер жалпы салыстырмалық теориясы қатыстырылатын болса, онда бұл теңдеуде жүйенің үдеуіне сәйкес келетін гравитациялық өріс бар деп болжанады және уақыт жылдамдығының өзгеруі ескеріледі.
Қорытынды
Қиялды парадоксқа қатысты барлық талқылаулар тек логикалық қате сияқты көрінетіндіктен. Есептің шарттары қалай тұжырымдалғанымен, ағайындылардың толық симметриялы жағдайда болуын қамтамасыз ету мүмкін емес. Уақыттың қозғалыстағы сағаттарда дәл баяулайтынын ескеру маңызды, олар анықтамалық кадрлардың өзгеруінен өтуге мәжбүр болды, өйткеніоқиғалардың бір мезгілде болуы салыстырмалы.
Ағайындылардың әрқайсысының көзқарасы бойынша уақыттың қаншалықты баяулағанын есептеудің екі жолы бар: арнайы салыстырмалылық теориясы шеңберіндегі қарапайым әрекеттерді қолдану немесе инерциялық емес санақ жүйесіне назар аудару. Екі есептеу тізбегінің нәтижелері де бір-біріне сәйкес болуы мүмкін және уақыттың қозғалыстағы сағатта баяу өтетінін растауға бірдей қызмет етеді.
Осы негізде ойлау эксперименті шындыққа ауысқанда, үй иесінің орнын басатын адам саяхатшыға қарағанда тезірек қартаяды деп болжауға болады.
