Priroda je puna nevjerojatnih stvari i paradoksa. A jedan od njih, povezan s kretanjem brzinom svjetlosti, naziva se "paradoks blizanaca".
Vjerojatno ste upoznati s fenomenom poluživota: mnoge su subatomske čestice nestabilne i nakon kratkog vremena propadaju (pretvaraju se u nešto drugo). Poluživot čestice je vrijeme koje je potrebno da se "čeka" kako bi se postigla 50% vjerojatnost propadanja.
Na primjer, vrijeme poluraspada muona je 2,2 mikrosekunde. Da imate 100 muona, ostalo bi samo 50 muona u 2,2 mikrosekunde, zar ne? U stvari, ne nužno.
2,2 mikrosekunde je proteklo vrijeme za muon. Ako imate pregršt 100 nepomičnih muona, nakon 2,2 mikrosekunde doći će oko 50. Ali ako imate prijatelja koji leti u raketi brzinom od 50% brzine svjetlosti, tada će vam proći 10 sekundi, 66 sekundi.
Ispada da se to odnosi i na muone. Dakle, ako vaših 100 muona nije statično, ali kreću se u akceleratoru čestica brzinom od 50% brzine svjetlosti, tada će nakon 2,2 mikrosekunde s vaše strane biti oko 1,9 mikrosekundi za muone. To znači da ćete do ovog trenutka imati oko 55 muona.
U vašem će referentnom okviru proći 2,54 mikrosekunde, dok bi za mikrone prošlo 2,2 mikrosekunde. Dakle, ostalo vam je 50 muona nakon 2,54 mikrosekunde.
Kakve veze blizanci imaju s tim?
Promotivni video:
Možda čitate i razmišljate: kakve veze imaju blizanci i paradoksi? Znate, ovo je vrlo dobro i pravovremeno pitanje.
Zamislite da imate brata blizanca. I još u svojoj mladosti naučili ste da je bio negativac i planirali su preuzeti svijet. Kako biste oslobodili planetu njegovih monstruoznih planova, napumpaćete mu tablete za spavanje, stavite ga u raketu i pošaljete mu 90% brzine svjetlosti daleko od Zemlje.
Nažalost, zbog utjecaja vremena na dilataciju vašeg blizanaca vrijeme prolazi znatno sporije. U tvoje devet godina za njega prolaze samo četiri godine. Ako vam, nakon devet vaših godina, uspije okrenuti brod i vratiti se istom brzinom, ostarit ćete 18 godina, a on - samo osam!
Obično je to kraj rasprava o paradoksu, koji je Paul Langevin prvi put predložio 1911. godine kao misaoni eksperiment, i tu se sve završava. Međutim, pomnijim ispitivanjem "paradoksa blizanca" postavlja se zanimljivo pitanje.
Paul Langevin.
S gledišta svog zlog blizanaca, Zemlja i vi ste se kretali 90% brzine svjetlosti. Dakle, nakon devet godina za njega bi za vas trebale proći samo četiri godine. Drugim riječima, ako vaš blizanac misli da je od odlaska prošlo osam godina da se vratite po njega, onda bi za vas trebalo biti samo tri i pol godine!
Pa, kad se vaš zlobni blizanac vrati, tko će od vas biti stariji? Upravo je to paradoks.
Može se činiti da je ovo pitanje presuda za Specijalnu teoriju relativnosti. Neki danas posvećuju čitave web stranice „izlaganju“SRT-a. Međutim, možemo znanstveno dokazati da će jedan od blizanaca zapravo više godina.
Twin Paradox jedan je od onih problema koji imaju jedinstveno elegantno rješenje (ili, moglo bi se reći, odgovor). Kao što ste možda već shvatili, ovaj zadatak uključuje relativističko širenje vremena prema teoriji posebne relativnosti.
Odluka
Približavajući se rješenju paradoksa, prvo zamislite da vi i vaš blizanac imate sat u naručju, a vaša djevojka može pratiti vrijeme na vašem i njegovom satu. Možete samostalno pratiti vrijeme na satu i blizance na njegovom: svi su tu gdje jesu. Ali ovo je neobičan sat: otkucava samo jednom godišnje - na dan godišnjice spasenja Zemlje iz vaše zle kopije. Na ovaj dan možete razmjenjivati i poruke u obliku elektromagnetskog impulsa (ipak ste obitelj). I ovdje valja napomenuti da se svjetlost iz teleskopa i elektromagnetski signal koji šaljete kreću istom brzinom.
Ako nacrtamo vremensko-prostorni dijagram za vas i vaše blizance, dobit ćemo ovo:
Dvojni paradoks dijagram / Science ABC / Naked Science.
Na slici s lijeve strane vi ste sa svojim referentnim okvirom. S desne strane vidimo dva referentna okvira koja odgovaraju odlasku i povratku vašeg brata.
Provest ćemo izračune koji odgovaraju vašem referentnom okviru. Recimo da je vaš blizanac 2,67 svjetlosnih godina u jednom smjeru. Sada kada znamo udaljenost i brzinu kojom se kreće, možemo izračunati vrijeme potrebno za putovanje: nešto više od dvije i pol godine. S vašeg gledišta, putovanje blizancima trajalo je otprilike šest godina.
Ispada da će se zli brat blizanac vratiti na Zemlju i uništiti pustoš za otprilike šest vaših godina, iako će za njega biti malo više od dvije i pol godine. Slijedom toga, što se više brzina objekata približava brzini svjetlosti, to se njihovo „iskustvo“usporava u usporedbi s drugim objektima koji se ne kreću brzinom relativno bliskom brzini svjetlosti, bilo da je to čovjek ili muon.
Vladimir Guillen
