L'objectiu principal de l'experiment mental anomenat "Paradoxa bessona" era refutar la lògica i la validesa de la teoria especial de la relativitat (SRT). Val la pena esmentar de seguida que en realitat no es tracta de cap paradoxa, i la paraula mateixa apareix en aquest tema perquè l'essència de l'experiment mental es va malinterpretar inicialment.
Idea principal de SRT
La paradoxa de la teoria de la relativitat (la paradoxa dels bessons) afirma que un observador "estacionari" percep que els processos dels objectes en moviment s'alenteixen. D'acord amb la mateixa teoria, els marcs de referència inercials (marcs en què el moviment dels cossos lliures es produeix en línia recta i uniformement, o estan en repòs) són iguals entre si.
La paradoxa dels bessons en breu
Tenint en compte el segon postulat, hi ha una suposició sobre la inconsistència de la teoria especial de la relativitat. Permetreaquest problema clarament, es va proposar considerar la situació amb dos germans bessons. Un (condicionalment: un viatger) s'envia en un vol espacial i l' altre (un home domèstic) queda al planeta Terra.
La formulació de la paradoxa del bessó en aquestes condicions acostuma a sonar així: segons l'estada a casa, l'hora del rellotge que té el viatger va més lentament, la qual cosa significa que quan torna, el seu (el rellotge del viatger es quedarà enrere. El viatger, en canvi, veu que la Terra es mou en relació a ell (sobre la qual hi ha un home amb el seu rellotge), i, des del seu punt de vista, és el seu germà qui passarà el temps més lentament.
De fet, tots dos germans estan en igu altat de condicions, la qual cosa vol dir que quan estiguin junts, l'hora dels seus rellotges serà la mateixa. Al mateix temps, segons la teoria de la relativitat, és el rellotge del germà viatger el que s'hauria de quedar enrere. Aquesta violació de la simetria aparent es va considerar com una inconsistència en les disposicions de la teoria.
Paradoxa dels bessons de la teoria de la relativitat d'Einstein
L'any 1905, Albert Einstein va deduir un teorema que diu que quan un parell de rellotges sincronitzats entre si es troba al punt A, un d'ells es pot moure al llarg d'una trajectòria corba tancada a una velocitat constant fins que torni a arribar al punt. A (i això trigarà, per exemple, t segons), però en el moment d'arribar mostraran menys temps que el rellotge que va romandre immòbil.
Sis anys després, l'estatus de paradoxa d'aquesta teoriaproporcionat per Paul Langevin. "Embolicat" en una història visual, aviat va guanyar popularitat fins i tot entre persones allunyades de la ciència. Segons el mateix Langevin, les inconsistències de la teoria s'explicaven pel fet que, tornant a la Terra, el viatger es movia a un ritme accelerat.
Dos anys més tard, Max von Laue va presentar una versió que no són els moments d'acceleració d'un objecte els que són significatius, sinó el fet que cau en un marc de referència inercial diferent quan es troba a la Terra.
Finalment, l'any 1918, Einstein va poder explicar la paradoxa de dos bessons a través de la influència del camp gravitatori en el pas del temps.
Explicació de la paradoxa
La paradoxa dels bessons té una explicació força senzilla: el supòsit inicial d'igu altat entre els dos marcs de referència és incorrecte. El viatger no es va quedar en el marc de referència inercial tot el temps (el mateix s'aplica a la història amb el rellotge).
Com a resultat, molts van pensar que la relativitat especial no es podia utilitzar per formular correctament la paradoxa dels bessons, sinó que es produirien prediccions incompatibles.
Tot es va resoldre quan es va crear la teoria general de la relativitat. Va donar la solució exacta al problema en qüestió i va poder confirmar que d'un parell de rellotges sincronitzats, eren els en moviment els que quedarien endarrerits. Així que la tasca inicialment paradoxal va rebre l'estatus d'una de normal.
Problemes polèmics
Hi ha suggeriments queel moment d'acceleració és prou significatiu per canviar la velocitat del rellotge. Però en el curs de nombroses proves experimentals, es va demostrar que sota la influència de l'acceleració, el moviment del temps no s'accelera ni s'alenteix.
Com a resultat, el segment de la trajectòria, en què un dels germans va accelerar, només demostra una certa asimetria que es produeix entre el viatger i el home.
Però aquesta afirmació no pot explicar per què el temps s'alenteix per a un objecte en moviment, i no per a quelcom que roman en repòs.
Prova per pràctica
Les fórmules i els teoremes de la paradoxa dels bessons descriuen exactament, però és bastant difícil per a una persona incompetent. Per a aquells que estan més inclinats a confiar en la pràctica que en els càlculs teòrics, s'han dut a terme nombrosos experiments, el propòsit dels quals era demostrar o refutar la teoria de la relativitat.
En un cas, es va utilitzar un rellotge atòmic. Són molt precises, i per a una mínima desincronització necessitaran més d'un milió d'anys. Col·locats en un avió de passatgers, van donar la volta a la Terra diverses vegades i després van mostrar un retard força notable darrere d'aquells rellotges que no volaven enlloc. I això malgrat que la velocitat de moviment de la primera mostra del rellotge estava lluny de la llum.
Un altre exemple: la vida dels muons (electrons pesats) és més llarga. Aquestes partícules elementals són uns centenars de vegades més pesades que les partícules ordinàries, tenen una càrrega negativa i es formen a la capa superior de l'atmosfera terrestre a causa deacció dels raigs còsmics. La velocitat del seu moviment cap a la Terra és només lleugerament inferior a la velocitat de la llum. Amb la seva vida útil real (2 microsegons), haurien decaït abans de tocar la superfície del planeta. Però en el procés de vol, viuen 15 vegades més (30 microsegons) i encara assoleixen l'objectiu.
Causa física de la paradoxa i l'intercanvi de senyals
La física explica la paradoxa dels bessons en un llenguatge més accessible. Durant el vol, els dos germans bessons es troben fora de l'abast l'un de l' altre i pràcticament no poden assegurar-se que els seus rellotges es moguin sincronitzats. És possible determinar amb exactitud fins a quin punt s'alenteix el moviment dels rellotges del viatger si analitzem els senyals que s'enviaran entre ells. Aquests són senyals convencionals de "hora exacta", expressats com a polsos de llum o transmissió de vídeo de la cara del rellotge.
Cal entendre que el senyal no es transmetrà en temps present, sinó ja en passat, ja que el senyal es propaga a una velocitat determinada i triga un cert temps a passar de la font al receptor.
És possible avaluar correctament el resultat del diàleg del senyal només tenint en compte l'efecte Doppler: quan la font s'allunya del receptor, la freqüència del senyal disminuirà, i quan s'acosta, augmentarà.
Formular una explicació en situacions paradoxals
Hi ha dues maneres principals d'explicar les paradoxes d'aquestes històries bessones:
- Atentconsideració de les construccions lògiques existents per a contradiccions i identificació d'errors lògics en la cadena de raonament.
- Realització de càlculs detallats per avaluar el fet de la desacceleració del temps des del punt de vista de cadascun dels germans.
El primer grup inclou expressions computacionals basades en SRT i inscrites en marcs de referència inercials. S'assumeix aquí que els moments associats a l'acceleració del moviment són tan petits en relació a la longitud total del vol que es poden descuidar. En alguns casos, poden introduir un tercer marc de referència inercial, que es mou en sentit contrari en relació al viatger i s'utilitza per transmetre dades del seu rellotge a la Terra.
El segon grup inclou càlculs construïts tenint en compte el fet que encara hi ha moments de moviment accelerat. Aquest grup també es divideix en dos subgrups: un utilitza la teoria gravitacional (GR) i l' altre no. Si es tracta de la relativitat general, s'assumeix que l'equació conté el camp gravitatori, que correspon a l'acceleració del sistema, i es té en compte el canvi en la velocitat del temps.
Conclusió
Totes les discussions relacionades amb la paradoxa imaginària només es deuen a un aparent error lògic. No importa com es formulin les condicions del problema, és impossible assegurar-se que els germans es trobin en condicions completament simètriques. És important tenir en compte que el temps s'alenteix precisament en rellotges en moviment, que van haver de passar per un canvi de marcs de referència, perquèla simultaneïtat dels esdeveniments és relativa.
Hi ha dues maneres de calcular quant s'ha alentit el temps des del punt de vista de cadascun dels germans: utilitzant les accions més senzilles en el marc de la teoria de la relativitat especial o centrant-se en marcs de referència no inercials.. Els resultats d'ambdues cadenes de càlcul poden ser mútuament coherents i servir igualment per confirmar que el temps passa més lentament en un rellotge en moviment.
A partir d'aquesta base, es pot suposar que quan l'experiment mental es transfereix a la realitat, el que ocupa el lloc d'un home domèstic envelleix més ràpidament que el viatger.
