Příroda je plná úžasných věcí a paradoxů. A jedna z nich spojená s pohybem rychlostí světla se nazývá „paradox dvojčat“.
Pravděpodobně jste obeznámeni s jevem poločasu: mnoho subatomických částic je nestabilních a po krátkém časovém rozpadu (transformováno na něco jiného). Poločas rozpadu částice je čas, který musí „počkat“, aby dosáhl 50% šance na rozpad.
Například poločas mionů je 2,2 mikrosekundy. Kdybyste měli 100 muonů, zbývalo by za 50 mikrosekund jen 50 muonů, že? Ve skutečnosti ne nutně.
2.2 mikrosekundy je uplynulý čas pro mion. Pokud máte hrst 100 stacionárních mionů, pak bude po 2,2 mikrosekundách asi 50. Ale pokud máte přítele, který letí v raketě při 50% rychlosti světla, pak, když pro vás uplyne 10 sekund, bude to trvat 8, 66 sekund.
Ukazuje se, že to platí také pro miony. Takže pokud vašich 100 mionů není statických, ale pohybují se v urychlovači částic při 50% rychlosti světla, pak po 2,2 mikrosekundách z vaší strany bude to pro miony asi 1,9 mikrosekundy. To znamená, že do této doby budete mít asi 55 mionů.
Ve vašem referenčním rámci by ušlo 2,54 mikrosekundy, zatímco u mikronů 2,2 mikrosekundy. Po 2,54 mikrosekundách tedy zbývá 50 muonů.
Co s tím mají dvojčata společného?
Propagační video:
Možná čtete a přemýšlíte: co s tím mají dvojčata a paradoxy? Víte, to je velmi dobrá a aktuální otázka.
Představte si, že máte dvojče. A dokonce i ve své mládí jste se dozvěděli, že je darebák a plánujete převzít svět. Chcete-li zbavit planetu jeho monstrózních plánů, napumpujte mu prášky na spaní, vložte ho do rakety a pošlete mu 90% rychlosti světla od Země.
Bohužel, kvůli efektu dilatace času na vaše dvojče, čas plyne výrazně pomaleji. Za devět let pro něj uběhnou jen čtyři roky. Pokud se vám po devíti letech podaří otočit loď a vrátit se stejnou rychlostí, budete stárnout 18 let a on - jen osm!
Obvykle se jedná o konec diskusí o paradoxu, který poprvé navrhl v roce 1911 Paul Langevin jako myšlenkový experiment, a to je místo, kde vše končí. Po bližším prozkoumání „paradoxu dvojčat“však vyvstává zajímavá otázka.
Paul Langevin.
Z pohledu tvého zlého dvojče se Země i ty pohybovaly 90% rychlosti světla. Po devíti letech by tedy pro vás měly uplynout pouze čtyři roky. Jinými slovy, pokud si vaše dvojče myslí, že uplynulo osm let od odjezdu do návratu, mělo to pro vás být jen tři a půl roku!
Takže, až se vaše darebácké dvojče vrátí, který z vás bude starší? To je přesně paradox.
Může se zdát, že tato otázka je verdiktem Speciální teorie relativity. Někteří dnes věnují celé webové stránky „odhalení“SRT. Můžeme však vědecky dokázat, že jedno z dvojčat bude ve skutečnosti stárnout více.
Twin Paradox je jedním z těch problémů, které mají jediné elegantní řešení (nebo, dalo by se říci, odpověď). Jak jste možná již rozuměli, tento úkol zahrnuje relativistickou dilataci času podle teorie speciální relativity.
Rozhodnutí
Při řešení paradoxu si nejprve představte, že vy a vaše dvojče máte v náručí hodinky a vaše přítelkyně může sledovat čas na vašich a jeho hodinkách. Na hodinkách můžete nezávisle sledovat čas a dvojčata: každý je tam, kde je. Ale to jsou neobvyklé hodiny: tikají jen jednou za rok - v den výročí spasení Země z vaší zlé kopie. V tento den si můžete také vyměňovat zprávy ve formě elektromagnetického pulsu (přece jen jste rodina). A zde stojí za zmínku, že světlo z dalekohledu a elektromagnetický signál, který vysíláte, se pohybují stejnou rychlostí.
Nyní, když pro vás a vaše dvojče nakreslíme časový a časový diagram, dostaneme toto:
Twin Paradox Diagram / Science ABC / Naked Science.
Na obrázku vlevo máte vlastní referenční rámec. Vpravo vidíme dva referenční rámce odpovídající odjezdu a návratu vašeho bratra.
Provedeme výpočty odpovídající vašemu referenčnímu rámci. Řekněme, že vaše dvojče je 2,67 světelných let v jednom směru. Nyní, když víme vzdálenost a rychlost, s jakou se pohybuje, můžeme vypočítat čas, který potřeboval k cestování: něco přes dva a půl roku. Z vašeho pohledu trvala cesta dvojčat asi šest let.
Ukazuje se tedy, že se zlý dvojče vrátí na Zemi a způsobí zmatek asi za šest let, i když pro něj bude něco přes dva a půl roku. Čím více se tedy rychlost objektů blíží rychlosti světla, tím více se jejich „zkušenost“zpomaluje ve srovnání s jinými objekty, které se nepohybují rychlostí relativně blízkou rychlosti světla, ať už jde o člověka nebo mion.
Vladimir Guillen