CC BY
61
Секция ««Концепции современного естествознания»
УДК 530.1
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО
КОНТИНУУМА
А. В. Горелова, Л. П. Барановская Научный руководитель - М. С. Эльберг
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: anna.zliuka@yandex.ru
Рассматривается парадокс близнецов, с помощью которого пытались объяснить возникшие противоречия в специальной теории относительности. Путем прочтения различной литературы и статей найдено объяснение парадокса.
Ключевые слова: теория относительности, инерциальные системы, парадокс близнецов, пространство, время.
MODERN PROBLEMS OF SPACE-TIME CONTINUUM
A. V. Gorelova, L. P. Baranovskaya
Scientific supervisor - M. S. Elberg
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: anna.zliuka@yandex.ru
In this paper refers to the twin paradox, which tried to explain the controversy in the special theory of relativity. By reading articles and found the explanation of the paradox.
Keywords : the theory of relativity, inertial system, the twin paradox, space, time.
В настоящее время парадокс близнецов очень интересен и многие им заинтересованы, услышав о таком мысленном эксперименте, мне захотелось больше узнать о нем.
Этому парадоксу уделяется много внимания в современной научной литературе, поскольку развитие космических полетов наряду с конструированием фантастически точных приборов для измерения времени может вскоре дать способ проверки этого парадокса прямым способом. История появления тех или иных объяснений парадокса и придания ему новых форм не прекращается до настоящего времени.
Целью данной работы является нахождение объяснения парадокса, а именно - почему, если каждый видел, что время замедляется у другого, младше становится именно улетавший.
Парадокс близнецов - мысленный эксперимент, при помощи которого пытаются доказать противоречивость специальной теории относительности. Согласно специальной теории относительности, с точки зрения неподвижных наблюдателей все процессы у двигающихся объектов замедляются. С другой стороны, принцип относительности декларирует равноправие инерциальных систем отсчёта. На основании этого строится рассуждение, приводящее к кажущемуся противоречию. Для наглядности рассматривается история двух братьев - близнецов. Брат - путешественник отправляется в космический полёт, брат - домосед остаётся на Земле.
С точки зрения домоседа часы движущегося путешественника имеют замедленный ход времени, поэтому при возвращении они должны отстать от часов домоседа. С другой стороны, относительно путешественника двигалась Земля, поэтому отстать должны часы домоседа. На самом деле братья равноправны, следовательно, после возвращения их часы должны показывать одно время. Тем не менее, согласно специальной теории относительности, отставшими окажутся часы путешественника. В таком нарушении видимой симметричности братьев и усматривается противоречие [1].
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 2
В форме парадокса этот эффект сформулировал в 1911 году Поль Ланжевен. Он считал, что объяснение парадокса связано с ускоренным движением путешественника, которое необходимо для его возвращения на Землю.
Следующим анализ парадокса предпринял Макс фон Лауэ в 1913 году. С его точки зрения важны не этапы ускорения путешественника, а сам факт смены им инерциальной системы отсчёта при возвращении на Землю.
После создания общей теории относительности Альберт Эйнштейн в 1918 году объяснил парадокс при помощи факта влияния гравитационного поля на ход времени.
Затем, в 1921 году простое объяснение, основанное на инвариантности собственного времени, предложил Вольфганг Паули.
В 1956-1959 годах Герберт Дингл выступил с рядом статей, в которых утверждалось, что известные объяснения «парадокса» неверны [2].
Для парадокса справедливо следующее простое объяснение: братья не являются равноправными, так как один из них (путешественник) испытывал этапы ускоренного движения, необходимые для его возвращения на Землю.
Однако, как показывают экспериментальные данные, ускорение как таковое не влияет на скорость хода часов. Таким образом, в данном случае ускорение является всего лишь индикатором некоторого явления, которое вносит асимметрию в состояния путешественника и домосед.
Конечно, сама по себе констатация несимметричности братьев не объясняет, почему замедлиться должны часы именно у путешественника, а не у домоседа [1].
Итак, почему путешественник на самом деле будет наблюдать отставание своих часов от часов неподвижной системы, несмотря на то, что все такие часы с его точки зрения идут медленнее? Наиболее простым объяснением в рамках специальной теории относительности является то, что синхронизовать все часы в двух инерциальных системах отсчёта невозможно.
Таким образом, рассуждения, проводимые в истории с близнецами, приводят только к кажущемуся логическому противоречию. При любой формулировке парадокса полной симметричности между братьями нет. Кроме этого, важную роль для понимания того, почему время замедляется именно у путешественника, менявшего свою систему отсчёта, играет относительность одновременности событий.
Расчёт величины замедления времени с позиции каждого брата может быть выполнен как в рамках элементарных вычислений в специальной теории относительности, так и при помощи анализа неинерциальных систем отсчёта. Все эти вычисления согласуются друг с другом и показывают, что путешественник окажется моложе своего брата-домоседа [2].
Библиографические ссылки
1. Девис П. Пространство и время в современной картине Вселенной. М. : Наука, 1979.
2. Парадокс близнецов [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%EÜ% F0%E0%E4%EE%EA%F1_%E1%EB%E8%E7%ED%E5%F6%EE%E2 (дата обращения: 31.Ü3.2Ü15).
© Горелова А. В., Барановская Л. П.,2015
