Как Работи Специалната Относителност - #2

{h1}

Една завладяваща статия, която ви помага да разберете основите на специалната относителност! Научете всичко за специалната относителност в WordsSideKick.com.

Да предположим, че обектът под слънцето на фиг. 4 е лек часовник на колела. Светлинен часовник измерва времето, като изпраща лъч светлина от долната плоча до горната плоча, където след това се отразява обратно към долната плоча. Лекият часовник изглежда е най-доброто измерване на времето, тъй като скоростта му остава постоянна, независимо от движението. Така че на фиг. 4 се приближаваме до светлинния часовник и установяваме, че отнема 1 секунда светлината да премине от дъното към върха и отново към дъното. Сега погледнете фигура 5. В този пример светлинният часовник се търкаля надясно, но ние стоим неподвижно. Ако можехме да видим светлинния лъч, докато часовникът се въртеше покрай нас, щяхме да видим лъчът да се движи под ъгъл към плочите. Ако сте объркани, погледнете фигура 4 и ще видите, че изпратеният и полученият лъч се срещат под слънцето, като по този начин часовникът не се движи. Сега вижте фигура 5, изпратеният лъч се появява под слънцето, но отразеният лъч се връща, когато часовникът е под гръмоотвора, като по този начин часовникът се търкаля вдясно. Какво ни казва това? Знаем, че стоящият часовник все още изпраща и получава на интервали от 1 секунда. Знаем също, че скоростта на светлината е постоянна. Независимо къде се намираме, бихме измерили светлинния лъч на фиг. 4 и на фигура 5 с точно същата скорост. Но фигура 5 изглежда като светлината пътува по-далеч, защото стрелите са по-дълги. И познайте какво, стана. Светлината отне повече време, за да направи един пълен цикъл за изпращане и получаване, но скоростта на светлината не беше променена. Тъй като светлината пътуваше по-далеч и скоростта беше непроменена, това можеше да означава само, че времето, което отне, беше по-дълго. Не забравяйте, че скоростта е разстояние / време, така че единственият начин скоростта да бъде непроменена, когато разстоянието се увеличава, е и времето да се увеличи.

Ще разгледаме интервалите от време в следващия раздел.

Времеви интервали

Как работи специалната относителност: Хънтър

Използвайки трансформацията на Лоренц, нека да поставим числа в този пример. Да речем, че часовникът на фиг. 5 се движи вдясно с 90% от скоростта на светлината. Вие, стоейки неподвижно, бихте измерили времето на този часовник, докато се преобърне, да бъде 2,29 секунди. Важно е да се отбележи, че всеки, който се движи с часовника на фигура 5, би измерил само 1 секунда, защото не би бил по-различен от него, който стои до часовника на фиг. 4. Следователно ездачът е остарял с 1 секунда, но вие сте на възраст 2,29 секунди. Това е много важна концепция. Ако погледнем внимателно часовниците, откриваме, че те всъщност не измерват това, което мислим, че правят. Часовниците записват интервала между две пространствени събития. Този интервал може да се различава в зависимост от това в каква координатна система е часовникът (т.е. в каква контролна рамка). Ако скоростта на светлината се поддържа постоянна (има една и съща измерена стойност, независимо от референтната рамка), времето вече не е "просто" инструмент за измерване на процесното пространство. Това е свойство, което е необходимо за определянето и съществуването на събитието. Запомнете от по-рано, всяко събитие е събитие на пространството и времето (оттук и пространството-времето континуум).

[Забележка: Ако читателят реши да научи повече за разминаването във времето, е абсолютно наложително да се постави силен акцент върху „правилното време“. Тази концепция не се обсъжда в тази статия, но "правилното време" е в основата на геометрията на рамката на SR. Тази тема е ясно извлечена и обсъдена в книгата Физика на пространството от Тейлър и Уилър.]

Обединението на енергията и масата

Безспорно най-известното уравнение, написано някога, е E = mc². Това уравнение казва, че енергията е равна на масата на покой на обекта, кратна на скоростта на светлината в квадрат (c е общоприето като скорост на светлината). Какво всъщност ни казва това уравнение? Математически, тъй като скоростта на светлината е постоянна, увеличението или намаляването на масата на покой на системата е пропорционално на увеличаване или намаляване на енергията на системата. Ако след това тази връзка се комбинира със закона за запазване на енергията и закона за запазване на масата, може да се формира еквивалентност. Тази еквивалентност води до един закон за запазване на енергията и масата. Нека сега да разгледаме няколко примера за тази връзка...

Енергийно-масово обединение

Трябва лесно да разберете как система с много малка маса има потенциала да освободи феноменално количество енергия (в Е = mc², с² е огромен брой). При ядрено делене атом се разделя, за да образува още два атома. В същото време се освобождава неутрон. Сумата от масите на новите атоми и масата на неутроните са по-малки от масата на първоначалния атом. Къде отиде липсващата маса? Той се освобождава под формата на топлина - кинетична енергия. Тази енергия е точно това, което прогнозира Айнщайн E = mc². Друго ядрено събитие, което съответства на уравнението на Айнщайн, е синтез. Сливането се получава, когато леките атоми са подложени на изключително високи температури. Температурите позволяват на атомите да се слеят заедно и да образуват по-тежък атом. Сливането на водород в хелий е типичен пример. Критичното е, че масата на новия атом е по-малка от сумата от по-леките маси на атомите. Както при деленето, „липсващата“ маса се отделя под формата на топлинна кинетична енергия.

Един често погрешно тълкуван аспект на обединяването на енергия-маса е, че масата на системата се увеличава с приближаването на скоростта на светлината. Това не е правилно. Да предположим, че ракетен кораб се движи през космоса. Настъпва следното:

  1. В системата трябва да се добави енергия, за да се увеличи скоростта на кораба.
  2. Повече от добавената енергия се насочва към увеличаване на устойчивостта на системата към ускорение.
  3. По-малко от добавената енергия отива в увеличаване на скоростта на системата.
  4. В крайна сметка количеството добавена енергия, необходимо за достигане на скоростта на светлината, ще стане безкрайно.

На стъпка 2 съпротивлението на системата срещу ускорение е измерване на енергията и инерцията на системата. Обърнете внимание, че в горните 4 стъпки няма позоваване на масата. Нито трябва да има.

След това ще разгледаме защо едновременността между две събития не може да се случи в света на специалната относителност.

Едновременни събития

Как работи специалната относителност: работи

Няма такова нещо като едновременност между две събития, когато се гледат в различни референтни рамки. Ако разбирате за какво говорихме досега, тази концепция ще бъде лек. Първо нека изясним какво посочва тази концепция. Ако Меган вижда, че две събития се случват едновременно за нейната контролна рамка, Гарет, който се движи по отношение на Мигън, няма да види, че събитията се случват едновременно. Нека използваме друг пример. Представете си, че Мийгън стои отвън и забелязва, че има две еднакви оръдия на 100 ярда един от друг и обърнати един към друг. Изведнъж и двете оръдия стрелят едновременно и оръдията се разбиват едно в друго точно на половината им разстояние, на 50 ярда. Това не е изненада, тъй като оръдията са идентични и те стрелят с оръдия със същата скорост. Да предположим, че Гарет е карал скейтборда си супер бързо към едно от оръдията и той е бил директно в линията на огъня и за двете. Да предположим също, че той е бил точно на половината път между двете оръдия, когато те стреляха. Какво би станало? Гармата, към която се движеше Гарет, щеше да го удари първо. Имаше по-малко разстояние за пътуване, тъй като се движеше към него.

Сега, нека заменим оръдията с електрически крушки, които се включват едновременно в рамката на Meagan. Ако Гарет вози скейтборда си по същия начин, както е направил с оръдията, когато стигне до половината маркировка, първо вижда електрическата крушка, към която се движи, включете първо, а след това вижда електрическата крушка, към която се отдалечава, от включете последната, Вижте фигура 6 по-долу за пояснения.

На фиг. 6 крушката вдясно се включва първо. Показах, че Гарет се движи в същата посока на разстоянието между крушките и той гледа към луната. Както беше посочено по-рано, когато крушките се включат в рамката на Meagan, Гарет ще види крушката отдясно да се включи, преди крушката вляво да направи. Тъй като той се движи към крушката вдясно, светлината му има по-късо разстояние, за да измине път, за да го достигне. Гарет би спорил с Мейгън, че крушките не са се включили едновременно, но от гледна точка на Мегън са го направили. Да се ​​надяваме, че можете да видите как различните референтни рамки няма да позволят събития да се наблюдават като едновременни.

3.0 - забавление със специалната теория на относителността

Скандалният парадокс-близнак

Тъй като СР диктува, че двама различни наблюдатели имат еднакво право да разглеждат събитие по отношение на своите референтни рамки, стигаме до много не толкова очевидни парадокси. С малко търпение може да се покаже, че повечето парадокси имат логични отговори, които са съгласни както с прогнозирания резултат от СР, така и с наблюдавания резултат. Нека да разгледаме най-известния от тези парадокси - Парадоксът Близнак.

Да предположим, че двама близнаци, Джон и Хънтър, споделят една и съща референтна рамка помежду си на земята. Джон седи в космически кораб, а Хънтър стои на земята. Всеки близнак има идентични часовници, които сега синхронизират. След синхронизиране, Джон взривява и ускорява с 60% скоростта на светлината. Докато Джон пътува, и двамата близнаци имат право да разглеждат другия като опит на релативистичните ефекти (свиване на дължината и разширяване на времето). За простота ще приемем, че те имат точен метод, с който да измерват тези ефекти. Ако Джон никога не се върне, никога няма да има отговор на въпроса кой всъщност е изпитал ефектите. Но какво се случва, ако Джон се обърне и се върне на земята? И двамата биха се съгласили, че Джон остарява по-бавно от Хънтър, като по този начин времето за Джон е по-бавно, отколкото за Хънтър. За да докажат това, всичко, което трябва да направят, е да гледат часовниците си. Часовникът на Джон ще покаже, че му е отнело по-малко време да отиде и да се върне, отколкото показва часовниците на Хънтър. Докато Хънтър стоеше там в очакване, времето за него минаваше по-бързо, отколкото за Джон. Защо това е така, ако и двамата пътуваха с 60% скоростта на светлината една спрямо друга?

Първият момент за разбиране е, че ускорението в SR е малко сложно (всъщност се справя по-добре в Теорията на общата относителност на Айнщайн - GR). Не искам да кажа, че SR не може да се справи с ускорението, защото може. В SR можете да опишете ускорението от гледна точка на локално „движещи се“ инерционни кадри. Това позволява SR да вижда всички движения да бъдат еднообразни, което означава постоянна скорост (не ускоряваща се). Вторият момент е, че SR е "специална" теория. Под това искам да кажа, че е приложим в ситуации, в които няма гравитация, следователно, когато пространството-времето е плоско. В GR Айнщайн обединява ускорението и гравитацията, така че всъщност предишното ми твърдение е излишно. Както и да е, липсата на гравитация в SR е причината да се нарича "Специална относителност".Сега, обратно към парадокса... Докато и двамата гледаха на другия като на свиване и забавяне, човекът, който всъщност претърпя ускорението, за да достигне високата скорост, е този, който остарее по-малко. Ако се разровите по-дълбоко в света на SR, ще разберете, че всъщност не е важно ускорението; това е смяната на рамката. Докато Джон и Хънтър не се върнаха към референтна рамка, където относителното им движение е било нула (където стоят един до друг), те винаги не биха се съгласили с онова, което другият казваше, че вижда. Колкото и странно да изглежда това, всъщност няма конфликт - и двамата забелязват, че другият изпитва релативистични ефекти. Една техника, която се използва за показване на динамиката на Парадокса на близнаците, е концепция, наречена релативистичен доплеров ефект.

Ще разгледаме ефекта на Доплер в следващия раздел.

Ефектът на Доплер

Как работи специалната относителност: работи

Ефектът на Доплер основно казва, че се наблюдава изместване на честотата в електромагнитните вълни поради движение. Посоката на изместване зависи от това дали относителното движение се движи към вас или далеч от вас (или обратно). Също така, амплитудата на смяната зависи от скоростта на източника (или скоростта на приемника). Добро място да започнете с разбирането на ефекта на Доплер ще бъде първо да разгледате звуковите вълни. Има Doppler Shift, свързан със звукови вълни, които трябва да разпознавате лесно. Когато източник на звук се приближи до вас, честотата на звука се увеличава и по същия начин, когато източникът на звук се отдалечи от вас, честотата на звука намалява. Помислете за приближаващ влак, който духа свирка. С приближаването на влака чувате тонът на свирката като висока нота. Когато влакът ви подмине, можете да чуете промяна на тона на свирката до по-ниска нота. Друг пример възниква, когато автомобилите се движат около писта. Можете да чуете определена промяна в звука на колата, докато минава там, където сте застанали. Последен пример е промяната в тона, която чувате, когато полицейска кола ви подминава със сирената си. Сигурен съм, че в един момент от живота си всички сме имитирали звука на преминаваща кола или минаваща полицейска кола; имитирахме Доплеровата смяна. Това доплерово изместване също влияе върху светлината (електромагнитно излъчване) по един и същ начин с едно критично изключение; изместването няма да ви позволи да определите дали светлинният източник се приближава към вас или ако се приближавате към източника и обратно, за да се отдалечите. Това е казано, нека да разгледаме фигура 7 по-долу.

В горната част на фиг. 7 виждате неподвижен източник на светлина, който излъчва светлина във всички посоки. Във втората част можете да видите, че източникът "S" се движи вдясно и светлинните вълни са изместени (изглеждат сякаш се компресират отпред и се влачат отзад). Ако се приближите до източника на светлина или източникът на светлина се приближава до вас, честотата на светлината ще се увеличи (забележете, че вълните отпред са по-близо една от друга, отколкото отзад). Обратното е вярно за източник на светлина, който се отдалечава от вас или от който се отдалечавате. Значението на промяната на честотата е, че ако честотата се увеличава, тогава времето, необходимо за един пълен цикъл (трептене), е по-малко. По същия начин, ако честотата намалее, времето, необходимо за един пълен цикъл, е повече.

Сега нека приложим тази информация към парадокса на Twin. Спомнете си, че Джон се ускори от Хънтър с 60% скоростта на светлината. Избрах тази скорост, защото съответното релативистично съотношение на доплерово изместване е "2 пъти" за приближаващ източник и "1/2" за източник, който се отдалечава. Това означава, че ако източникът се приближава до вас, честотата ще се покаже двойно (времето е наполовина) и ако източникът се отдалечи от вас, честотата ще се появи наполовина (времето се удвоява). (подобно бих могъл да използвам всяка скорост за парадокса; например 80% скоростта на светлината би довела до доплерово изместване от 3 и 1/3 за съответно приближаване и отдалечаване). Не забравяйте, че посоката на изместване зависи от посоката на източника, докато амплитудата на изменението се увеличава със скоростта на източника.

Ще разгледаме доплеровата смяна в следващия раздел.

Доплерова смяна

Нека предприемем още едно пътуване с близнаците, но този път Джон ще пътува на 12 часа назад и 12 часа назад, измерени от часовника му. На всеки час той ще изпраща радио сигнал на Хънтър, като му казва часа. Радиосигналът е просто друга форма на електромагнитно излъчване; следователно, той също пътува със скоростта на светлината. Какво получаваме, когато Джон пътува далеч от Хънтър? Когато часовникът на Джон чете "1 час", той изпраща първия сигнал. Тъй като той се отдалечава от Хънтър с 60% от скоростта на светлината, релативистичният Доплеров ефект причинява Хънтър да наблюдава предаването на Джон да е ½ от стойността на източника. От нашата дискусия по-горе, ½ честотата означава, че времето, което отнема, е два пъти по-дълго, следователно, Хънтър получава сигнала на Джон "1 час", когато часовникът му гласи "2 часа". Когато Джон изпраща сигнала си "2 часа", Хънтър го получава в час 4 за него. Така че можете да видите връзката да се развива. За всеки 1 час сигнал от часовника на Джон, изминалото време за Hunter е 2 часа. Когато часовникът на Джон чете "12 часа", той е изпратил 12 сигнала. От друга страна, Хънтър е получил 12 сигнала, но всички те са били на разстояние 2 часа... по този начин 24 часа са минали за Хънтър. Сега Джон се обръща и се връща да изпраща сигнали на всеки час по същия начин, както преди. Тъй като той се приближава до Хънтър, доплеровата смяна сега кара Хънтър да наблюдава честотата, която е двойно по-голяма от стойността на източника. Два пъти честотата е същата като ½ на времето, така че Хънтър получава сигналите на Джон "1 час" на интервали от 30 минути. Когато приключи пътуването за 12 часа, Джон изпрати 12 сигнала. Хънтър е получил 12 сигнала, но те са разделени от 30 минути, като по този начин са минали 6 часа за Хънтър. Ако сега сумираме изминалото време и за двамата близнаци, виждаме, че са изтекли 24 часа (12 + 12) за Джон, но 30 часа (24 + 6) са изминали за Хънтър. Така Хънтър вече е по-възрастен от идентичния си близнак Джон. Ако Джон беше пътувал по-далеч и по-бързо, разминаването във времето щеше да бъде още по-голямо. Погледнете отново близнаците, но този път оставете Джон да измине 84 часа навън и 84 часа назад (по часовника си) със скорост 80% от светлината. Общото пътуване за Джон ще бъде 168 часа, а общото време, изминало за Хънтър, ще бъде 280 часа; Джон нямаше 1 седмица от часовника си, но Хънтър чакаше 1 седмица 4 дни и 16 часа от часовника си. Не забравяйте, че Хънтър ще получава изходящите сигнали на Джон с половината честота, което означава два пъти повече от времето. Следователно Хънтър получава 84-часови сигнали на Джон на всеки 3 часа за общо 252 часа (3 е релативистката доплерова смяна за 80% скоростта на светлината). По същия начин, Хънтър получава връщане на Джон 84 часови сигнали на всеки 20 минути за общо 28 часа (20 минути е 1/3 релативистка доплерова смяна за връщането). Вече знаете общото пътуване за обратно пътуване от гледна точка на Хънтър, 252 + 28 = 280 часа или 1 седмица 4 дни и 16 часа. Джон, от друга страна, измина 84 часа назад и 84 часа назад за общо 168 часа или 1 седмица.

Ще разгледаме по-отблизо парадокса на близнаците в следващия раздел.

Парадокс-близнак

Сега нека разгледаме отново близнаците, но този път Хънтър ще изпраща сигнал на всеки час от часовника си. Какво ще види Джон? Когато Хънтър вижда изходящия крак на пътуването на Джон, часовникът му чете 15 часа и той изпраща 15 сигнала. Джон обаче ще каже, че е получил 6 сигнала, разделени от 2 часа (релативистка доплерова смяна) за общо 12 часа. Какво се случи с останалите 9 сигнала? Все още са в транзит до Джон. Следователно, когато Джон се смени на връщащия крак, той вече ще срещне липсващите 9 сигнала плюс 15-те сигнала, които Хънтър изпрати за 15 часа, часовника му записан за връщащия крак. Така Джон получава 24 сигнала, които са на разстояние 30 минути за общо 12 часа. Подобно на предишния пример, и тези 24 сигнала са прехвърлени на по-висока честота доплер, защото Джон вече ги приближава. Ако сумираме цялото пътуване, Хънтър изпраща по един сигнал на всеки час в продължение на тридесет часа, но Джон получава 6 сигнала, които са на разстояние 2 часа и 24 сигнала, които са на разстояние 30 минути. Хънтър изпрати 30 сигнала за 30 часа; Джон получи 30 сигнала за 24 часа. Резултатът е същият като преди, но близнаците не се съгласяват кога първият крак приключи и последният крак. Така че от това можем да заключим, че промяната на кадъра за Джон (от изходящ към връщане) е това, което го отличава от Хънтър. За Хънтър изобщо нищо не се променя. Както и да го погледнете; той чака 30 часа без промяна. Джон обаче се променя. Той се променя от кадър, в който се отдалечава, към кадър, в който се движи назад. Именно тази промяна нарушава симетрията между Джон и Хънтър, като по този начин премахва и парадокса.

Преди да продължа към следващата концепция, искам да се уверя, че няколко неща относно SR и скоростта на светлината са добре разбрани. Първо, SR прогнозира обреченост за всичко с маса, приближаваща скоростта на светлината от по-ниска скорост поради свиване на дължината и разширяване на времето, но това дава възможност за скорости, по-големи от скоростта на светлината. Разгледайте скоростта на светлината като бариера. SR позволява съществуване от двете страни на преградата, но нито едната страна не може да премине към другата. Засега нищо не е открито от страна на по-бързото от светлината и всичко, което имаме, са теории за частици (тахиони), които може да имат способността да съществуват там. Може би един ден някой ще открие съществуването им.

Второ, скоростите от различна референтна рамка не могат да се сумират. Например, ако бягам 5 мили / час и в същото време хвърля камък с 5 мили / час, единствената причина, поради която (стоиш неподвижно) можеш да кажеш, че скалата пътува 10 мили / час, е защото скоростта е толкова малка с по отношение на скоростта на светлината. Използваме преобразуванията на Лоренц, за да трансформираме от един кадър в друг, използвайки относителната скорост на кадрите. Тези трансформации ни казват математически, че докато при бавни скорости грешката в правите добавки е твърде малка, за да го открием, при много бързи скорости, грешката ще стане доста голяма. Така че класическата механика, която ни учи да сумираме тези скорости, всъщност е неправилна. Можем да го направим, но е случай на получаване на точен отговор по грешна причина.

Ще разгледаме парадокса и двойствеността на близнаците в следващия раздел.

Парадокс Близнак, използващ едновременни събития

Едновременността (или липсата й) е страхотно средство за разбиране на много от парадоксите, свързани със СР. И ако трябва да бъда задълбочен, едновременността трябва да се има предвид за всички СР събития между отделни референтни рамки. Нека да посетим отново парадокса на близнаците (Джон изминава 12 часа със 60% скоростта на светлината и се връща със същата скорост). По принцип трябва да се имат предвид три референтни рамки. Първо, близнаците са на земята без относителна скорост между тях. Второ, Джон се впуска в заминаващия крак на пътуването си. На трето място, Джон (след моментално обръщане) се впуска в крака на връщането си. Използвам същия пример като преди, само че използвам числа от Лоренцовите трансформи, за разлика от релативистката Доплерова смяна, за да обясня наблюдаваните явления.

1-ва рамка:

Хънтър и Джон се споразумяват за всичко, което наблюдават. Това трябва да е лесно за разбиране, тъй като няма относителна скорост между двамата близнаци. Те са в движение заедно.

2-ра рамка:

Джон пътува 12 часа с часовника си. Имайки предвид двата постулата, ние осъзнаваме, че Хънтър наблюдава разминаването във времето за изходящото пътуване на Джон. По този начин, ако Джон запише 12 часа, Хънтър ще запише 15 часа. Не забравяйте, че при 60% скоростта на светлината, дилатацията на времето ще бъде 80%. Следователно, ако Джон записва времето си на 12 часа, това е 80% от записаното от Хънтър - 15 часа. Но какво наблюдава Джон за времето на Хънтър? Той наблюдава разминаването във времето като засягащо Хънтър; Следователно, той измерва пътуването си за 12 часа, но той наблюдава 9,6 часа (80% от времето на часовника си) за времето на Хънтър.

2-ри кадър общо:

Хънтър измерва времето му да бъде 15 часа, но времето на Джон да бъде 12 часа. Джон измерва времето му да бъде 12 часа, но времето на Хънтър да бъде 9,6 часа.

Очевидно събитието, което е краят на изходящото пътуване, не е едновременно. Джон смята, че времето на Хънтър е 9.6 часа, но Хънтър смята, че времето му е 15 часа. На всичкото отгоре и двамата смятат, че времето на Джон е 12 часа, което не е съгласно с нито един от първите два пъти.

Ще разгледаме резултатите от този сценарий в следващия раздел.

Липса на едновременност

3-ти кадър:

От гледна точка на Хънтър нищо ново не се е случило. Той остана в първоначалната си референтна рамка и Джон се върна със същата скорост, с която замина. Следователно Хънтър измерва връщането, за да отнеме 15 часа за кадъра си (същото като изходящото пътуване) и наблюдава, че пътуването трябва да отнеме 12 часа за Джон. От гледна точка на Джон той срещна голяма промяна. Той всъщност промени кадрите от едно пътуване до едно от пътуване обратно. Сега, в началото на обратното пътуване, когато Джон гледа часовниците си, той наблюдава часовника си да чете 12 часа, а часовникът на Хънтър - да чете 20,4 часа. Помисли за това. Джон показва, че часовникът на Хънтър е скочил напред от 9.6 часа на 20.4 часа. Как това може да бъде ???? Когато Джон премина от 2-ра рамка на 3-та рамка, установената симетрия между Хънтър и Джон беше нарушена. Така всеки разглежда собственото си време като няма промяна. И тъй като Джон беше този, който всъщност промени кадрите, той показа по-изминало време за Хънтър. Оттук нататък става както обикновено. Връщането се завръща на 12 часа от Джон, но той наблюдава 9.6 часа за Хънтър. Отново, нека да почистим това...

3-ти кадър общо:

Хънтър измерва времето му да бъде 15 часа, но той измерва времето на Джон да бъде 12 часа. Джон измерва времето му да бъде 12 часа, но той измерва времето на Хънтър да бъде 9,6 часа. Не забравяйте, че този 9.6 е само за връщане назад след смяна на кадъра.

Общо пътуване:

Хънтър премери времето си за 15 часа за изходящото пътуване + 15 часа за връщането... 30 часа.

Хънтър забеляза, че времето на Джон е 12 часа изходящо + 12 часа връщане... 24 часа.

Джон измерва времето му да бъде 12 часа изходящо + 12 часа връщане… 24 часа.

Джон наблюдава времето на Хънтър да бъде 20,4 часа (след изходящо пътуване и смяна на рамката) + 9,6 часа за връщане... 20,4 + 9,6 = 30 часа.

Можете ли да намерите някакви събития, в които и Джон, и Хънтър да се споразумеят за времето и за себе си, и за другия? Не, не можете. Липсата на едновременност е ключът към парадокса. И двамата близнаци се мерят и наблюдават. За съжаление те не измерват и наблюдават едни и същи събития. Невъзможно е те да смятат нещо като края на първия крак като едновременно, когато всеки го вижда, че се случва в различно време за Хънтър. Интересно е да се отбележи, че резултатите са същите като резултатите от релативистката смяна на доплер. Има ли модел тук? SR позволява използването на различни методи за решаване на проблемите. В този случай използването на пространствено-времеви диаграми (отново има тези думи) ясно показва всяка точка, за която сме говорили. Използвах просто трансформатите на Лоренц в комбинация с релативистичния доплеров ефект.

Ще разгледаме проблемите с парадокса на близнаците в следващия раздел.

Проблем с двойни парадокси

Много хора имат проблеми с парадокса на близнаците поради начина, по който се обработва смяната на рамката. В този случай проблемът е скачането на часовника на Джон за Хънтър след смяната на кадъра (9.6 до 20.4 часа). Тук наистина няма проблем. Ако искате да интегрирате ускорението, за да използвате различни инерционни кадри по време на обръщането, това може да стане (със същите резултати). Друг често срещан подход е да си представите някой друг в космоса, който преминава Джон точно когато достигне точката на своя обрат. Този човек се насочва към Хънтър със същата скорост, с която Джон пътуваше, така че няма нужда да обмисляме повече Джон. Ключовият факт е, че ако след това се върнем в рамката на заместителя и погледнем часовника му за Хънтър, това ще покаже, че известно време вече беше записано, когато заместителят започна пътуването си към Хънтър. Колко далеч назад трябва да отидем? Тъй като Джон пътуваше 12 часа в отпътуващото пътуване, трябва да се върнем 12 часа в рамката на заместителя. В този начален момент за заместителя, часовникът му за Хънтър щеше да чете 10,8 часа. Това е изключително важно. Това ясно показва, че и близнаците, и близнакът, и заместителят наблюдават другия като по-бавни времена. Голямото изместване се случва при промяна на референтната рамка. Това означава, че и двамата наблюдават другия, за да имат по-бавно време по време на действителните изходящи и връщащи пътувания, но има промяна по време на смяната на кадъра, която повече от компенсира за сметката на Джон за бавно работещия часовник на Хънтър. След смяната на рамката щетите са направени. Джон все още ще наблюдава часовника на Хънтър да работи бавно, но той никога няма да се забави достатъчно, за да компенсира 10,8 часа, които бяха възприети по време на смяната на кадъра. Това скок на време ли е физическо явление? Не. Скокът на времето се случва, защото когато Джон сменя кадрите, той вече не използва същото събитие като еталон. Когато Джон направи своя обрат, събитието в рамките на Хънтър, което Джон смяташе, че е едновременно с неговия обрат. Промяната на кадъра на Джон предизвика това объркване, защото новият му кадър използва различно време за събитието в кадъра на Хънтър. По-ясно е, че събитието на обрат в рамката на Хънтър има различна времева стойност за изходящия крак и връщащия крак, както се възприема от Джон. Имайте предвид, че в горните препратки към кадъра на Хънтър, наистина говоря за това, което Джон смята, че би било времето за кадър на Хънтър. Тази разлика във времето е очевидна само за Джон, тъй като именно неговата промяна в кадъра причинява разминаването. В рамката на Хънтър нищо не се променя за Хънтър, когато Джон сменя кадрите. И тук отново, осъзнавайки, че двете събития не са едновременни, парадоксът се разрешава. Въпросът, който се опитвам да подчертая, е, че съществуват различни начини за справяне с парадокса. Всички методи дават един и същи резултат, но ако всъщност вземете предвид едновременността на ситуацията, тогава как и защо става по-ясно.


Видео Добавка: National Geographic - Геният - Теория на относителността - откъс.




Изследване


Съобщение Лъче През Скалата С Екзотични Частици
Съобщение Лъче През Скалата С Екзотични Частици

Невидимият Свят: Всичко За Микробите
Невидимият Свят: Всичко За Микробите

Наука Новини


Мозъчните Стимулиращи Дейности Могат Да Поддържат Възрастните По-Резки
Мозъчните Стимулиращи Дейности Могат Да Поддържат Възрастните По-Резки

Факти На Армадило
Факти На Армадило

Светкавица И Други Атмосферни Заплахи За Самолетите
Светкавица И Други Атмосферни Заплахи За Самолетите

Баща Предава Хив На Новородено Син В Редки Случаи: Как Се Случи?
Баща Предава Хив На Новородено Син В Редки Случаи: Как Се Случи?

Защо Атаките На Акули Са В Възход?
Защо Атаките На Акули Са В Възход?


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com