Что такое замедление времени?
Ранее при изучении специальной теории относительности студенты понимали о возникновении замедления времени. Те, кто должным образом поддерживают тот факт, что всякое движение относительно, и кто правильно оценил тенденцию часов измерять ход физического (в биологическом) времени, должны были бы обязательно испытывать некоторый умственный дискомфорт в этом результате.
Потому что когда вы видите, как два наблюдателя проходят мимо друг друга на улице, предсказание состоит в том, что оба обнаружат, что часы другого человека работают медленнее, чем их собственные. Это может также показаться невозможным, чтобы опровергнуть всю теорию. Тем не менее, существует детальный анализ, который справедливо учитывает два других столь же специфических релятивистских эффекта, таких как сжатие Лоренца и относительность одновременности. И это показывает, что можно построить вполне осмысленный релятивистский мир, в котором все наблюдатели формируют соглашение о единственных вещах, о которых они должны договориться, включая такие, как детальная информация о локальных событиях (например, о том, что все наблюдают) и временной порядок причинных последовательностей (например, что из двух пришло первым, молния или гром?)
И эти вопросы породили путаницу наряду с феноменом замедления времени, который долгое время был сокращен в так называемом “парадоксе близнецов”, изложенном ниже:
В 20-й день рождения однояйцевого близнеца астронавты добровольно участвуют в эксперименте. Из этих близнецов Терра осталась на земле, в то время как Стелла, сестра Терры, поднялась на борт космического корабля. Корабль Стеллы двигался со скоростью света 86,6%, чтобы посетить звезду, которая находилась на расстоянии 10 световых лет, а затем она вернулась на Землю с той же скоростью. Когда обе сестры решили разойтись в разные стороны, они задались вопросом, Что произойдет, когда они останутся вместе. До тех пор, пока световой год был именно тем расстоянием, которое свет может преодолеть за год, путешествие Стеллы должно было занять не менее 23 лет. Но поскольку она хорошо знала специальную теорию относительности, Близнецы уже имели представление о ее сложности.
“Парадокс близнецов”
Во-первых, чем быстрее объект движется в пространстве, тем медленнее он движется во времени по сравнению с неподвижным наблюдателем. И эта зависимость может быть хорошо оценена с помощью чего-то, называемого фактором Лоренца, который определяется уравнением:
γ=1√1−v2/c2 γ = 1 1 − V2 / C2
А во-вторых, длина движущегося объекта может быть измерена с помощью наблюдателя, который находится в состоянии покоя и который будет сокращаться на тот же коэффициент. При 86,6% скорости света коэффициент Лоренца равен 2, что означает, что время на борту космического корабля будет проходить вдвое медленнее.
Конечно, Стелла не заметит, что время замедляется. Это потому, что все процессы, основанные на времени на корабле, также замедлятся, такие как часы, электрические устройства и вся биологическая деятельность Стеллы, включая ее скорость старения и ее восприятие самого времени. Единственными людьми, которые действительно могли бы заметить время на движущемся космическом корабле, проходящем медленнее для Стеллы, были бы наблюдатели, которые остаются в состоянии пассивности, не ускоряющейся системы отсчета, точно такой же, как Терра. Но это лишь один из способов взглянуть на вещи, поскольку все движение относительно. Здесь Стелла приводит аргумент, что было бы так же справедливо сказать, что ее космический корабль будет стоять на месте, пока земля вместе с остальной Вселенной движется вокруг нее.
Поэтому Терра завершает свой спор утверждением, что, когда они встретятся на Земле, Терра будет старше Стеллы. И если это так, то для Терры время будет течь в два раза медленнее, что в конце концов сделает Стеллу старшим близнецом. Поскольку они оба не могут быть старше друг друга, так кто же из них прав? Это кажущееся противоречие известно как “Парадокс Близнецов”.
Итак, давайте разберемся, как легко понять относительный парадокс. И чтобы проверить эти теории, и Терра, и Стелла согласились посылать друг другу вспышку света каждый раз, когда для них проходил год. И в отличие от других объектов, скорость света всегда постоянна независимо от системы отсчета наблюдателя.
Вспышка света, посланная с Земли, будет измеряться с той же скоростью, что и вспышка света, посланная с космического корабля, независимо от того, находится ли он на своем исходящем или обратном пути. Поэтому, когда один из близнецов наблюдает вспышку света, они начинают оценивать, сколько времени потребовалось другому близнецу, чтобы пережить уход года. А также сколько времени потребовалось свету, чтобы пройти между ними. Чтобы внести больше ясности в теорию, давайте следить за тем, что происходит, используя графическое представление.
Скажем, например, ось X обозначает расстояние от Земли, тогда как Ось Y отслеживает ход времени. Таким образом, с точки зрения Терры, ее путь будет просто вертикальной линией, с расстоянием, равным нулю, и каждый тик на линии эквивалентен году, когда она схватывает его.
Теперь путь Стеллы будет простираться от того же источника до точки 11,5 лет во времени и 10 световых лет на расстоянии от Земли, прежде чем снова пересечется на нулевом расстоянии и через 23 года. После своего первого годичного рубежа Терра пошлет вспышку света с Земли к космическому кораблю Стеллы. И поскольку световой год занимает около года, чтобы пройти один световой год, его путь будет 45-градусной диагональной линией. И к тому времени, когда Стелла планирует уйти от него, свет времени догоняет ее, в общей сложности для Терры пройдет более 7 лет, а для Стеллы-более 4. И к тому времени, когда Стелла увидит вторую вспышку Терры, она уже будет на обратном пути.
Однако теперь она будет двигаться к источнику света, который займет меньше времени, чтобы достичь ее, и тогда она сможет испытывать всплески еще более привычно. Это означает, что Стелла наблюдает, как Терра медленно стареет в течение первой половины своего путешествия, но быстро стареет во время обратной половины.
Тем временем Стелле кажется, что ее сестра Терра, звезда назначения, вместе со всей Вселенной движется вокруг нее. И из-за сжатия света Стелла замечает, что расстояние между ними уменьшается в 2 раза. Это означает, что каждый этап путешествия займет всего около шести лет с точки зрения Стеллы. Это означает, что когда она пошлет свой первый сигнал на Землю, для ее сестры пройдет два года. Стелла пошлет еще четыре световых всплеска во время своего дальнего путешествия, каждый из них издалека. И к тому времени, когда Терра заметит первый импульс света от приближающегося путешествия Стеллы, для нее пройдет более 21 года.
На протяжении всего обратного пути Стеллы домой Терра получает несколько импульсов света каждый год. Таким образом, Терра замечает, что Стелла медленно стареет в течение примерно 90% из их 23-летней разницы и быстро стареет в течение последних 10%. Эта асимметрия объясняет, почему парадокс на самом деле не парадокс. Хотя каждый близнец видит, как время ускоряется и замедляется для другого, Стелла видит равномерное разделение, в то время как Терра видит, что Стелла медленно стареет в течение большей части времени, когда они находятся врозь. Итак, когда они снова сойдутся, Терре будет 43 года, а Стелле-31.
Таким образом, как близнецы с разницей в одиннадцать лет, они являются прекрасным примером специальной теории относительности.
Также физики, подтвердившие предсказание специальной теории относительности Альберта Эйнштейна, обнаружили беспрецедентную точность. Эксперименты на ускорителе частиц в Германии подтверждают, что время движется медленнее для движущихся часов, чем для неподвижных.
Вывод
Таким образом, замедление времени-это специальная теория относительности, “замедление” хода часов, определяемое наблюдателем, находящимся в относительном движении относительно этих часов. Таким образом, вывод работы Эйнштейна исходит из понимания того, что время движется относительно наблюдателя и что объект, всегда находящийся в движении, испытывает замедление времени, что означает, что время движется медленнее, когда человек движется, чем когда он стоит на месте. Поэтому человек, который движется, стареет медленнее, чем человек в состоянии покоя.
