Natura jest pełna niesamowitych rzeczy i paradoksów. A jeden z nich, związany z ruchem z prędkością światła, nazywany jest „paradoksem bliźniaków”.
Prawdopodobnie znasz zjawisko półtrwania: wiele cząstek subatomowych jest niestabilnych i po krótkim czasie rozpada się (przekształca się w coś innego). Okres półtrwania cząstki to czas, jaki musi „czekać”, aby osiągnąć 50% prawdopodobieństwo rozpadu.
Na przykład okres półtrwania mionów wynosi 2,2 mikrosekundy. Gdybyś miał 100 mionów, zostało by tylko 50 mionów w ciągu 2,2 mikrosekundy, prawda? W rzeczywistości niekoniecznie.
2,2 mikrosekundy to czas, który upłynął dla mionu. Jeśli masz garść 100 nieruchomych mionów, to po 2,2 mikrosekundach będzie ich około 50. Ale jeśli masz znajomego, który leci rakietą z prędkością 50% prędkości światła, to po 10 sekundach zajmie ci to 8 66 sekund.
Okazuje się, że dotyczy to również mionów. Więc jeśli twoje 100 mionów nie jest statycznych, ale porusza się w akceleratorze cząstek z prędkością 50% prędkości światła, to po 2,2 mikrosekundach od twojej strony będzie to około 1,9 mikrosekundy dla mionów. Oznacza to, że do tego czasu będziesz mieć około 55 mionów.
W twoim układzie odniesienia minęłoby 2,54 mikrosekundy, a 2,2 mikrosekundy dla mionów. Więc masz 50 mionów po 2,54 mikrosekundach.
Co mają z tym wspólnego bliźniaki?
Film promocyjny:
Być może czytasz i myślisz: co mają z tym wspólnego bliźniaki i paradoksy? Wiesz, to jest bardzo dobre i aktualne pytanie.
Wyobraź sobie, że masz brata bliźniaka. Nawet w młodości dowiedziałeś się, że był złoczyńcą i planował przejąć świat. Aby uwolnić planetę od jego potwornych planów, pompujesz mu tabletki nasenne, wkładasz do rakiety i wysyłasz 90% prędkości światła z dala od Ziemi.
Niestety, ze względu na efekt dylatacji czasu u twojego bliźniaka, czas płynie znacznie wolniej. W ciągu twoich dziewięciu lat mijają mu tylko cztery lata. Jeśli po dziewięciu latach uda mu się zawrócić i wrócić z tą samą prędkością, będziesz mieć 18 lat, a on - tylko osiem!
Zwykle jest to koniec dyskusji na temat paradoksu, który po raz pierwszy zaproponował w 1911 roku Paul Langevin jako eksperyment myślowy, i na tym wszystko się kończy. Jednak po bliższym przyjrzeniu się „paradoksowi bliźniaków” pojawia się interesujące pytanie.
Paul Langevin.
Z punktu widzenia twojego złego bliźniaka Ziemia i ty poruszaliście się z 90% prędkością światła. Tak więc po dziewięciu latach dla niego powinny minąć tylko cztery lata. Innymi słowy, jeśli twój bliźniak myśli, że minęło osiem lat od wyjazdu i powrotu po niego, to powinno to być dla ciebie tylko trzy i pół roku!
Więc kiedy wróci twój nikczemny bliźniak, który z was będzie starszy? To jest właśnie paradoks.
Może się wydawać, że to pytanie jest werdyktem dla Szczególnej teorii względności. Niektórzy dzisiaj poświęcają całe strony internetowe „ujawnianiu” SRT. Możemy jednak naukowo udowodnić, że jedno z bliźniaków będzie się starzeć bardziej.
Bliźniaczy paradoks to jeden z tych problemów, dla których istnieje jedno eleganckie rozwiązanie (lub, można rzec, odpowiedź). Jak być może już wiesz, zadanie to polega na relatywistycznym dylatacji czasu zgodnie z teorią szczególnej teorii względności.
Decyzja
Zbliżając się do rozwiązania paradoksu, najpierw wyobraź sobie, że ty i twój bliźniak macie zegarek w ramionach, a twoja dziewczyna może śledzić czas na twoim i jego zegarku. Możesz samodzielnie śledzić czas na swoim zegarku, a twój bliźniak na jego: każdy jest tam, gdzie on. Ale to niezwykły zegar: tyka tylko raz w roku - w rocznicę zbawienia Ziemi od twojej złej kopii. W tym dniu możesz też wymieniać wiadomości w postaci impulsu elektromagnetycznego (w końcu jesteście rodziną). I tu warto zaznaczyć, że światło z teleskopu i wysyłany przez nas sygnał elektromagnetyczny poruszają się z tą samą prędkością.
Teraz, jeśli narysujemy diagram czasoprzestrzenny dla ciebie i twojego bliźniaka, otrzymamy to:
Diagram bliźniaczego paradoksu / Science ABC / Naga nauka.
Na zdjęciu po lewej stronie masz swój własny układ odniesienia. Po prawej stronie widzimy dwa odniesienia odnoszące się do wyjścia i powrotu twojego brata.
Przeprowadzimy obliczenia odpowiadające Twojemu układowi odniesienia. Powiedzmy, że twój bliźniak ma 2,67 lat świetlnych w jednym kierunku. Teraz, gdy znamy odległość i prędkość, z jaką się porusza, możemy obliczyć czas potrzebny do przebycia: nieco ponad dwa i pół roku. Z twojego punktu widzenia podróż bliźniaka trwała około sześciu lat.
Okazuje się więc, że zły brat bliźniak powróci na Ziemię, aby siać spustoszenie za około sześć twoich lat, chociaż dla niego będzie to nieco ponad dwa i pół roku. W konsekwencji, im bardziej prędkość obiektów zbliża się do prędkości światła, tym bardziej ich „doświadczenie” zwalnia w porównaniu z innymi obiektami, które nie poruszają się z prędkościami stosunkowo bliskimi prędkości światła, czy to człowiekiem, czy mionem.
Vladimir Guillen