"İkiz Paradoks" olarak adlandırılan düşünce deneyinin temel amacı, özel görelilik teorisinin (SRT) mantığını ve geçerliliğini çürütmekti. Hemen belirtmekte fayda var ki aslında herhangi bir paradoks söz konusu değil ve kelimenin kendisi bu başlıkta yer alıyor çünkü düşünce deneyinin özü başlangıçta yanlış anlaşılmıştı.
SRT'nin ana fikri
Görelilik teorisinin paradoksu (ikiz paradoks), “durağan” bir gözlemcinin hareket eden nesnelerin süreçlerini yavaşlıyor olarak algıladığını belirtir. Aynı teoriye göre, eylemsiz referans çerçeveleri (serbest cisimlerin hareketinin düz bir çizgide ve düzgün olarak meydana geldiği veya hareketsiz oldukları çerçeveler) birbirine göre eşittir.
Kısaca ikiz paradoks
İkinci postüla dikkate alındığında, özel görelilik teorisinin tutarsızlığı hakkında bir varsayım var. İzin vermekBu sorun açıkça, iki ikiz kardeş ile durumun ele alınması önerildi. Biri (şartlı olarak - bir gezgin) bir uzay uçuşuna gönderilir ve diğeri (bir ev sahibi) Dünya gezegeninde bırakılır.
Bu tür koşullar altında ikiz paradoksun formülasyonu genellikle şöyle görünür: Evde kalmaya göre, yolcunun sahip olduğu saat daha yavaş hareket eder, yani o döndüğünde, onun (yolcunun saati geride kalacak. Gezgin ise tam tersine, Dünya'nın kendisine göre hareket ettiğini (saatiyle birlikte bir ev sahibi olduğu) görür ve onun bakış açısına göre, zamanı daha yavaş geçirecek olan kardeşidir.
Aslında her iki kardeş de eşit koşullarda yani birlikte olduklarında saatlerindeki saatler aynı olacak demektir. Aynı zamanda izafiyet teorisine göre geride kalması gereken seyyah kardeş saattir. Görünen simetrinin böyle bir ihlali, teorinin hükümlerinde bir tutarsızlık olarak kabul edildi.
Einstein'ın görelilik kuramından ikiz paradoks
1905'te Albert Einstein, birbiriyle senkronize olan bir saat çifti A noktasındayken, saatlerden birinin eğri bir kapalı yörüngede sabit bir hızla hareket edebileceğini belirten bir teorem çıkardı. A (ve bu, örneğin t saniye sürecektir), ancak varış anında hareketsiz kalan saatten daha az zaman göstereceklerdir.
Altı yıl sonra, bu teorinin paradoks durumuPaul Langevin tarafından sağlanmıştır. Görsel bir hikayeye "sarılmış", kısa sürede bilimden uzak insanlar arasında bile popülerlik kazandı. Langevin'in kendisine göre, teorideki tutarsızlıklar, yolcunun Dünya'ya dönerken daha hızlı hareket etmesiyle açıklanıyordu.
İki yıl sonra, Max von Laue, önemli olanın bir nesnenin hızlanma anları değil, Dünya üzerindeyken farklı bir eylemsizlik referans çerçevesine girmesi olduğu bir versiyonunu ortaya koydu.
Sonunda, 1918'de Einstein, yerçekimi alanının zamanın geçişi üzerindeki etkisiyle iki ikizin paradoksunu kendisi açıklayabildi.
paradoksun açıklaması
İkiz paradoksun oldukça basit bir açıklaması vardır: İki referans çerçevesi arasındaki ilk eşitlik varsayımı yanlıştır. Gezgin her zaman eylemsiz referans çerçevesinde kalmadı (aynısı saatli hikaye için de geçerlidir).
Sonuç olarak, birçok kişi ikiz paradoksu doğru bir şekilde formüle etmek için özel göreliliğin kullanılamayacağını hissetti, aksi takdirde uyumsuz tahminler ortaya çıkacaktı.
Genel görelilik teorisi oluşturulduğunda her şey çözüldü. Eldeki problem için kesin çözümü verdi ve bir çift senkronize saatten, hareket halindeki saatlerin geride kalacağını doğrulayabildi. Böylece başlangıçtaki paradoksal görev sıradan bir görevin statüsünü aldı.
Tartışmalı konular
Öneriler varhızlanma anı, saatin hızını değiştirecek kadar önemlidir. Ancak sayısız deneysel test sırasında, ivmenin etkisi altında zamanın hareketinin hızlanmadığı veya yavaşlamadığı kanıtlandı.
Sonuç olarak, kardeşlerden birinin hızlandığı yörünge segmenti, yalnızca gezgin ile ev sahibi arasında meydana gelen bazı asimetriyi gösterir.
Ancak bu ifade, zamanın neden hareketsiz kalan bir şey için değil de hareket eden bir nesne için yavaşladığını açıklayamaz.
Uygulayarak test edin
İkiz paradoks formülleri ve teoremleri tam olarak tanımlar, ancak beceriksiz bir kişi için oldukça zordur. Teorik hesaplamalardan ziyade pratiğe güvenmeye daha meyilli olanlar için, amacı görelilik teorisini kanıtlamak veya çürütmek olan çok sayıda deney yapıldı.
Bir durumda, bir atomik saat kullanıldı. Son derece doğrudurlar ve minimum bir senkronizasyonsuzluk için bir milyon yıldan fazla zamana ihtiyaçları olacaktır. Bir yolcu uçağına yerleştirildiklerinde, Dünya'yı birkaç kez turladılar ve ardından hiçbir yere uçmayan saatlerin gerisinde oldukça belirgin bir gecikme gösterdiler. Ve bu, saatin ilk örneğinin hareket hızının ışıktan uzak olmasına rağmen.
Başka bir örnek: müonların (ağır elektronların) ömrü daha uzundur. Bu temel parçacıklar, sıradan parçacıklardan birkaç yüz kat daha ağırdır, negatif bir yüke sahiptir ve dünyanın atmosferinin üst tabakasında oluşur.kozmik ışınların eylemi. Dünya'ya doğru hareketlerinin hızı, ışık hızından sadece biraz daha düşüktür. Gerçek ömürleriyle (2 mikrosaniye), gezegenin yüzeyine dokunmadan önce çürürlerdi. Ancak uçma sürecinde 15 kat daha uzun (30 mikrosaniye) yaşarlar ve yine de hedefe ulaşırlar.
Paradoks ve sinyal alışverişinin fiziksel nedeni
Fizik, ikiz paradoksu daha erişilebilir bir dilde açıklıyor. Uçuş sırasında, ikiz kardeşler birbirlerinin menzili dışındadır ve pratik olarak saatlerinin senkronize hareket ettiğinden emin olamazlar. Birbirlerine gönderecekleri sinyalleri analiz edersek, gezgin saatlerinin hareketinin ne kadar yavaşladığını tam olarak belirlemek mümkündür. Bunlar, ışık darbeleri veya saat yüzünün video iletimi olarak ifade edilen geleneksel "tam zaman" sinyalleridir.
Sinyal belirli bir hızda yayıldığından ve kaynaktan alıcıya geçmesi belirli bir zaman aldığından, sinyalin şimdiki zamanda değil, zaten geçmişte iletileceğini anlamanız gerekir.
Sinyal diyaloğunun sonucunu yalnızca Doppler etkisini dikkate alarak doğru bir şekilde değerlendirmek mümkündür: kaynak alıcıdan uzaklaştığında sinyal frekansı düşecek ve yaklaşıldığında artacaktır.
Çaresiz durumlarda bir açıklama formüle etme
Bu ikiz hikayelerin paradokslarını açıklamanın iki ana yolu vardır:
- Dikkatliçelişkiler için mevcut mantıksal yapıların dikkate alınması ve muhakeme zincirindeki mantıksal hataların tanımlanması.
- Zamanın yavaşlaması gerçeğini her bir kardeşin bakış açısından değerlendirmek için detaylı hesaplamalar yapmak.
İlk grup, SRT'ye dayalı ve eylemsiz referans çerçevelerine yazılan hesaplamalı ifadeleri içerir. Burada, hareketin ivmesiyle ilişkili momentlerin toplam uçuş uzunluğuna göre ihmal edilebilecek kadar küçük olduğu varsayılır. Bazı durumlarda, yolcuya göre ters yönde hareket eden ve saatinden Dünya'ya veri iletmek için kullanılan üçüncü bir eylemsiz referans çerçevesi sunabilirler.
İkinci grup, ivmeli hareket anlarının hala mevcut olduğu gerçeğini dikkate alarak oluşturulmuş hesaplamaları içerir. Bu grubun kendisi de iki alt gruba ayrılır: biri yerçekimi teorisini (GR) kullanır ve diğeri kullanmaz. Genel görelilik söz konusu ise, denklemin sistemin ivmesine karşılık gelen yerçekimi alanını içerdiği varsayılır ve zaman hızındaki değişim dikkate alınır.
Sonuç
Hayali paradoksla ilgili tüm tartışmalar yalnızca görünen mantıksal bir hatadan kaynaklanmaktadır. Problemin koşulları nasıl formüle edilirse edilsin, kardeşlerin kendilerini tamamen simetrik koşullarda bulmalarını sağlamak imkansızdır. Referans çerçevelerinde bir değişiklikten geçmesi gereken hareketli saatlerde zamanın tam olarak yavaşladığını düşünmek önemlidir, çünküolayların eşzamanlılığı görecelidir.
Kardeşlerin her birinin bakış açısından zamanın ne kadar yavaşladığını hesaplamanın iki yolu vardır: özel görelilik teorisi çerçevesinde en basit eylemleri kullanmak veya eylemsiz olmayan referans çerçevelerine odaklanmak. Her iki hesaplama zincirinin sonuçları karşılıklı olarak tutarlı olabilir ve aynı şekilde hareket eden bir saatte zamanın daha yavaş geçtiğini doğrulamaya hizmet edebilir.
Bu temelde, düşünce deneyi gerçeğe aktarıldığında, bir ev sahibinin yerini alan kişinin gerçekten de yolcudan daha hızlı yaşlanacağı varsayılabilir.
