Я уже писал статью о парадоксе близнецов. Но даже люди, которые интересуются физикой, не поняли его суть. Попытаюсь еще раз и максимально подробно, чтобы стало понятно даже школьнику, который прогулял уроки физики. В этой статье не будет ни одной формулы и я надеюсь это тоже будет способствовать пониманию.
Почему парадокс близнецов называют парадоксом? Ведь если теория что-то предсказывает, тем более, что это парадоксальное предсказание подтверждается, то, перестают называть парадоксом. Например, квантовый дуализм, сама квантовая физика, черные дыры, наконец, с их горизонтом событий.
Ведь, вроде, есть даже экспериментальные подтверждения этого парадокса. Почему же он нем, как о парадоксе, давно не забыли и не считают “скучной обыденностью”?
Дело в том, кажется что расчеты теории противоречат ее основному принципу – все относительно. Но это заблуждение, и ниже я расскажу почему.
Итак Парадокс близнецов.
Обычно его формулируют в той парадигме, что один близнец остается на Земле, а другой отправляется путешествовать с околосветовыми скоростями и когда он возвращается на Землю, то другой близнец окажется значительно более старым, так как у путешествующего время течет более медленно, как предсказывает теория, и он меньше состарится.
Так в чем же парадокс? Ну состарится и состарится.
Вот, скажем, если оба останутся на Земле, но один будет заниматься спортом, а второй беспробудно пить, то, как предсказывает нам медицинская наука, второй состарится быстрее. Но никто не будет называть это парадоксом!
Парадокс в том, что согласно СТО относительно второго близнеца, в его системе отсчета, это первый, вместе с Землей, носился по космосам и это он должен был состариться! По крайней мере, если применять те же расчеты, но со стороны второго близнеца.
Давайте попробуем максимально идеализировать задачу, чтобы разобраться.
Путь близнецы находятся на не Земле, а в пространстве, вдалеке от каких либо объектов. Звезды им недоступны для наблюдения, чтобы они не могли определить свою скорость относительно звезд. Но они могут видеть друг друга и измерять относительную скорость друг друга.
Их погружают в сон/кому/анабиоз и одного из них запускают с околосветовой скоростью. Потом они приходят в себя и каждый видит другого удаляющегося от него. Затем из опять погружают в бессознательное состояние и одного из них (любого!) ускоряют так, чтобы они стали сближаться.
Принцип относительности говорит, что законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга и из симметрии понятно, что оба близнеца состарятся одинаково.
Расчеты же показывают, что каждый другой состарится больше!
Так одинаково состарится близнецы или один из них состарится больше? Если да, то какой?
Для это вспомним, что СТО, как и ОТО, это геометрия, только в пространстве Минковского. Следствие этого лучи света распространяются прямолинейно в трехмерном пространстве, как и в геометрии Евклида. Единственное отличие, что в любой системе отсчета скорость любых световых лучей одинакова и равна скорости света.
То есть, мы получаем простую, школьную геометрическую оптику!
Возьмем две пары параллельных полупрозрачных зеркал. Каждый раз, когда луч достигает зеркала, половина его проходит через зеркало, срабатывает, например, фотодиод, раздается звонок и человек кидает в корзину шарик.
Система зеркал с синим лучом движется в право со скоростью V. из-за этого синему лучу приходится пройти в 2 раза (например) большее расстояние, чем красному. Пока синий луч (в СО красного) достигнет верхнего зеркала и получит 1 шар, красный луч успеет отразиться и вернуться к исходному зеркалу, получив 2 шара.
Затем, система зеркал с синим лучом мгновенно тормозится и разгоняется в противоположном направлении (любимое дельта ускорение). Прежде чем синий луч достигнет нижнего зеркала, которое, к тому моменту, вернется на стартовую позицию и получит еще один шар, красный луч опять успеет сходить в оба конца, получив еще 2 шара.
Итого система зеркал с красным лучом получили 4 шара, система зеркал с синим лучом получили 2 шара.
То есть, время у зеркал синим лучом текло в 2 раза медленнее.
Но точно также можно рассуждать перейдя в СО зеркал синего луча и тогда получится прямо противоположный результат.
Получается парадокс! Это же простая геометрическая оптика! Ошибки здесь нет и не может быть!
Так есть парадокс или нет? Нет, парадокса нет. Надо просто перейти в систему центра масс близнецов.
ps
Можно сформулировать условие мысленного эксперимента, когда этапы ускорения вообще не буду входит /влиять на измеряемые величины.
