Обсуждение:Парадокс близнецов

Материал из synset
Перейти к: навигация, поиск

Вопрос 1

Здравствуйте, я прочитал статью, но все равно я сомневаюсь в правильности изложения. Как вам такой мысленный эксперимент - представим себе, что человечество построило два идентичных и достаточно длинных (теоретически возможно даже длиной до ближайшей звезды) космических корабля из легкого и не упругого материала. На обоих концах каждого из них имеются переключатели для включения и выключения атомных часов, которых по ДВЕ на каждом борту. Оба корабля выходят в космос и становятся нос к носу и хвостами в противоположную сторону (в носовой находятся пилоты, относительная скорость =0).. После этого включаются первые часы на обоих кораблях (вторые пока стоят)и первый корабль несколько передвинувшись назад разгоняется на встречу второму кораблю. Когда корабли снова встречаются носами, двигатель отключается, срабатывают носовые переключатели и в этот момент на каждом из кораблей останавливаются первые часы и включаются вторые.. В момент подлета носовой части первого к хвостовой второго (и наоборот) срабатывают переключатели и вторые часы останавливаются и снова включаются первые (на каждом корабле). После этого первый корабль начинает тормозить и разгоняется назад, сохраняя ориентацию в пространстве (т.е. без разворота летит хвостом вперед, допустим у него есть запасной двигатель в носовой части). И снова в момент встречи носовой части первого с хвостовой второго включаются вторые часы а первые останавливаются(двигатель выключается - т.е. оба пилота в инерциальных системах отсчета). После того как нос первого встречается с носом второго вторые часы останавливаются и включаются первые. Потом первый корабль тормозит и ровняется с носом второго.. и тут первые часы останавливаются навсегда.. Время на первых часах отвечает за ускоренное движение и оно у каждого пилота будет отличаться, так как с ускорением двигался только первый пилот. Ну а время на вторых часах останется одинаковым из за полной симметрии во время его измерения (разгон и торможение здесь не влияет), и причем не важно до какой скорости разгонялся первый пилот, т.е. на результат влияет только вклад ускоренного движения.. А так как по вашей статье его можно сделать сколь угодно незначительным то близнецы останутся одного возраста! Возможно, я где-то ошибаюсь, возможно что-то недопонимаю, и буду очень благодарен если меня поправите.

Простите за задержку с ответом. Жаль, что объяснение, приведенное в разделе Парадокс близнецов Вас не убедило. Хотя в этом может быть только моя вина. Попробуйте ещё прочитать более объёмную статью, которую я написал для Википедии. Возможно, ситуация прояснится. Объяснение парадокса, основанное на относительности одновременности, самое простое и “физичное” из известных объяснений. Теперь касательно Вашего мысленного эксперимента (насколько я его понял).
Прежде всего, замечу, что “не упругих” кораблей в теории относительности быть не может. Если Некто имеет абсолютно твёрдую линейку, то толкнув её с одного конца он, по определению, должен одновременно с этим событием наблюдать начало движения второго конца. Однако из другой инерциальной системы отсчёта эти события будут не одновременны, и подобное твёрдое тело будет выглядеть “упругим”.
Та же относительность одновременности не допускает фраз типа: “В момент подлета носовой части первого к хвостовой второго (и наоборот)”. Корабли в системе покоя были одинаковой длины, поэтому, при движении, они не могут сравняться носами и хвостами (лоренцевское сокращение длины). Однако даже если бы это произошло с точки зрения одного наблюдателя, подобные два события (одновременные для него) не будут одновременны для другого корабля.
Часы в носовой части при бесконечно быстром ускорении особой роли не играют. Эффект замедления времени измеряют хвостовые часы. По причине всё той же относительности одновременности, часы в хвостах, после пролёта “носов” не могут одновременно включиться. Не существует абсолютной одновременности! Если ускоряющийся корабль двигается вправо и для его пилота в носу и стюардессы в хвосте одновременно с совпадением носов включаются хвостовые часы, то на “неподвижном” корабле (с точки зрения стюардессы) хвостовые часы включатся позже (см. Время). Поэтому полной симметрии нет.
Замечу, что для протяжённых неинерциальных систем отсчёта (очень длинные корабли) возникают дополнительные нюансы, связанные с невозможностью ввести единое синхронизированное время для пилота и стюардессы после смены ими системы отсчёта при движении в обратную сторону (см. Равноускоренная система отсчета).
Спасибо за интерес к физике . С уважением, Сергей Степанов 13:22, 29 апреля 2010 (UTC)


Вопрос 2

Здравствуйте, Сергей. У меня к вам вопрос по второму пункту "Наш анализ мы начнем с замечания о том...". Сначала перескажу, что я понял из этого пункта. В неподвижной системе есть трое, расположенных в ряд и далеко друг от друга, часов. Время на всех часах одно и тоже для неподвижного наблюдателя (допустим 12, как на рисунке). В движущейся системе есть также трое, расположенных в ряд и далеко друг от друга, часов. Время на всех часах одно и тоже для движущегося наблюдателя (допустим 12, как на рисунке). Центральные часы у этих систем находятся в одной точке и совпадают (12 часов), но

для неподвижного наблюдателя, находящегося возле центральных часов,
те часы, которые находятся в движущейся системе по ходу (далеко впереди), показывают прошлое (на рисунке примерно 10 часов)
те часы, которые находятся в движущейся системе против хода (далеко позади), показывают будущее (на рисунке примерно 2 часа)
для движущегося наблюдателя, находящегося возле центральных часов,
те часы, которые находятся в неподвижной системе по ходу (далеко впереди), показывают будущее (на рисунке примерно 2 часа)
те часы, которые находятся в неподвижной системе против хода (далеко позади), показывают прошлое (на рисунке примерно 10 часов)

Если я неправильно рассуждаю, то поправьте меня.

Если рассуждения верны, то, что произойдет с часами движущегося наблюдателя (с точки зрения неподвижного) при остановке движущейся системы, когда центральные часы двух систем будут находится рядом друг с другом?

Вы всё верно пишете. Для ответа на вопрос необходимо уточнить, как останавливаются различные часы движущейся системы. Если они это делают одновременно по часам неподвижной системы результат будет один, по часам движущейся - другой. В любом случае, часы движущейся системы после остановки окажутся рассинхронизироваными (будут показывать различное время) даже по отношению друг к другу. Но для описания/объяснения этого эффекта уже необходимо рассмотрение неинерциальных систем отсчёта (НИСО). В таких системах время течёт различным образом для различных неподвижных относительно друг друга наблюдателей. Поэтому в этом случае нельзя мыслить НИСО как одного наблюдателя, размазанного по системе. Детали см. в Равноускоренная система отсчета и далее. --Сергей Степанов 07:10, 12 апреля 2011 (UTC)

Уточняю. Что произойдет с часами движущегося наблюдателя (с точки зрения неподвижного) при остановке движущейся системы (если они это делают одновременно по часам неподвижной системы), когда центральные часы двух систем будут находится рядом друг с другом?

Если остановка сколь угодно быстрая, и корабли останавливаются одновременно по часам неподвижной системы, то показания будут в точности те же, что и на картинке. Остановка, как и разгон могут быть сделаны сколь угодно короткими по часам любой системы. Поэтому то, что неподвижные наблюдатели видят сейчас, то и получат после быстрой остановки кораблей. --Сергей Степанов 16:03, 14 апреля 2011 (UTC)

Вопрос 3

Разница показаний часов в "голове" движущейся системы и часов в "хвосте" движущейся системы с точки зрения неподвижного наблюдателя будет вести себя похоже расстоянию между этими часами?

Например. Возьмем неподвижную систему. Расстояние между часами L0, разница показаний часов t0. Часы в неподвижной системе синхронизированны. Все величины рассмотрены с точки зрения неподвижного наблюдателя.

Разогнали до скорости v1 - расстояние L1 (L1<L0), разница показаний часов t1 (t1<t0).

Уменьшили скорость до v2 (v2<v1) - расстояние L2 (L2>L1), разница показаний часов t2 (t2>t1). Естественно L2<L0 и t2<t0.

Также не понятно будут ли рассинхронизированы часы с точки зрения находящегося в движущейся системе наблюдателя в моменты скоростей v1 и v2?

Вопрос о расстоянии существенно зависит от того, является ли неинерциальная система отчёта жёсткой. Почитайте внимательно главу о НИСО. --Сергей Степанов 16:06, 14 апреля 2011 (UTC)

Пояснение 1 Сергей Чернов

Здравствуйте, Сергей. Вы пишите, что космический путешественник на пути к звезде видит, что часы брата домоседа идут медленнее, а на обратном пути, наоборот, идут быстрее, чем его собственные. При этом Вы используете световые сигналы, посылаемые братьями друг дугу. Однако человек видит не глазами, а при помощи мышления. Применение световых сигналов в том виде, в каком это делаете Вы, затрудняет понимание СТО, т.к. является лишь подгонкой под правильный конечный результат, но не является правильным описанием всего путешествия.

Мышление, все же находится вне базовых понятий физики, и экспериментатор "видит" при помощи именно световых (радио и т.п.) сигналов. Поэтому подгонки ни какой нет, а есть лишь физический расчет того, что будут наблюдать домосед и путешественник. Сергей Степанов 10:17, 6 декабря 2011 (UTC)

В данном случае световые или любые другие сигналы не следует распространять за пределы космического корабля или кабинета домоседа. Чтобы понять замедление времени, т.е. материальных процессов в перемещающихся предметах, достаточно ограничиться случаем с зеркалами, который Вы приводите в разделе «Время». Только его надо дополнить такой же парой зеркал, расположенных горизонтально: испускаются сразу два фотона из одной точки во взаимно перпендикулярных направлениях и после отражения от зеркал, расположенных на одинаковом расстоянии (в покоящейся установке) от точки испускания, возвращаются в ту же точку одновременно. Это произойдет как в состоянии покоя, так и в состоянии равномерно движущейся одной и той же установки, подобной Вашей. В движущейся установке, как и в Вашем примере, возвращение фотонов произойдет позже, чем в покоящейся. Также будут замедлены и все другие процессы в движущейся установке. Поэтому часы космонавта будут отставать как при полете к звезде, так и при возвращении. Пониманию этого мешает тот факт, что в литературе по СТО покоящаяся и движущаяся системы отсчета рассматриваются как эквивалентные. В действительности эти системы являются лишь подобными. В науке давно известен принцип развития, согласно которому, все наши сегодняшние знания являются результатом развития наших прежних знаний и, следовательно, могут быть поняты на языке старых понятий. Согласно Ньютону причиной всех изменений в материальном мире является так называемая сила или ускорение. Когда корабль ускоряется, в нем замедляются материальные процессы. После прекращения ускорения, материальные процессы остаются замедленными. Чтобы часы домоседа замедлились, надо ускорять домоседа вместе с Землей. С другой стороны, если понятие одновременности относительно, зачем навязывать одновременность событиям, произошедшим в разных местах? В общем случае в каждая материальная точка имеет свои четыре координаты, отличные от координат других материальных точек. Когда человек стоит, то координата его носа по вертикали, например, равна 160, а координата его пяток равна 0. Почему никто не подпрыгивает, чтобы посмотреть, что будет, когда координаты пяток и носа совпадут? Когда рассматривают одновременные события относительно движущегося наблюдателя, то рассматривают совершенно другую материальную реальность, которая тоже имеет право на существование, но это уже не та реальность, которая рассматривалась относительно покоящегося наблюдателя.

Теория абсолютного пространства (и выделенности "неподвижной" системы отсчета) может рассматриваться. Но в любом случае, она должна давать лишь малые поправки к СТО, в которой разницы между такими двумя системами нет. Это другая физика. Сергей Степанов 10:17, 6 декабря 2011 (UTC)

Когда Вы пишете о торможении (остановке), то начинаете рассуждать об одновременности и не одновременности остановки космических кораблей. Однако согласно СТО остановка и ускорение являются поворотом пространственной и временной координат. Когда говорят о повороте двух пространственных координат разговоров о зависимости одной координатной оси от другой нет. Этих разговоров не должно быть и при вращении пространственных и временной оси. Чтобы это понять, надо изобразить рассматриваемую ситуацию с близнецами в «пятимерном» пространстве, в котором добавлена «пятая» координата – собственное время космонавта. Независимыми будут только четыре координаты.

Смысл СТО и ОТО не сводится к замедлению времени, а скорость материального объекта не является критерием того, рассматривать его в СТО или нет. СТО является продолжением объединения материальных явлений, которое начал Максвелл. Максвелл объединил ранее считавшиеся различными магнитные, электрические явления и свет в одно явление. Три слова являются различными именами одной, различным образом проявляющейся сущности. СТО показала, что масса тела и его энергия являются различными именами одного понятия, а именно количества движения. Массой называется количество движения тела, когда оно покоится. Энергией называется количество движения того же тела, когда оно перемещается. Пониманию единства массы и энергии (а также импульса) мешает их различная размерность, что обусловлено историей появления этих понятий. Кроме того, СТО показала, что когда тело не перемещается, оно все равно движется. Это движение проявляется, например, в аннигиляции электрона и позитрона, а также в других превращениях частиц. Другими словами, все во все превращает. Этот факт является основным доказательством справедливости СТО. Сергей Чернов

Вы правы, сутью СТО не является замедление времени, как и не является упомянутая Вами аннигиляция. СТО - это весь комплекс эффектов (как кинематических, так и динамических). Ни один их них не является "главным". Хотя с точки зрения аксиоматики, ключевым является факт неабсолютности времени. Именно отказ от него приводит к преобразованиям Лоренца, и в конечном счете ко всей СТО. Спасибо, за комментарии. Сергей Степанов 10:17, 6 декабря 2011 (UTC)