Qëllimi kryesor i eksperimentit të mendimit të quajtur "Paradoksi Binjak" ishte për të hedhur poshtë logjikën dhe vlefshmërinë e teorisë speciale të relativitetit (SRT). Vlen të theksohet menjëherë se në fakt nuk bëhet fjalë për ndonjë paradoks dhe vetë fjala shfaqet në këtë temë sepse thelbi i eksperimentit të mendimit fillimisht u keqkuptua.
Ideja kryesore e SRT
Paradoksi i teorisë së relativitetit (paradoksi binjak) thotë se një vëzhgues "stacionar" i percepton proceset e lëvizjes së objekteve si ngadalësim. Në përputhje me të njëjtën teori, kornizat inerciale të referencës (kornizat në të cilat lëvizja e trupave të lirë ndodh në një vijë të drejtë dhe uniforme, ose ata janë në qetësi) janë të barabarta në raport me njëri-tjetrin.
Paradoksi i binjakëve shkurtimisht
Duke marrë parasysh postulatin e dytë, ekziston një supozim për mospërputhjen e teorisë speciale të relativitetit. Për të lejuarKy problem në mënyrë të qartë, u propozua të shqyrtohej situata me dy vëllezër binjakë. Njëri (me kusht - një udhëtar) dërgohet në një fluturim hapësinor, dhe tjetri (një trup shtëpie) lihet në planetin Tokë.
Formulimi i paradoksit binjak në kushte të tilla zakonisht tingëllon kështu: sipas qëndrimit në shtëpi, ora e orës që ka udhëtari lëviz më ngadalë, që do të thotë se kur ai kthehet, e tij (ora e udhëtarit do të mbetet prapa. Udhëtari, përkundrazi, sheh se Toka po lëviz në lidhje me të (në të cilën ka një shtëpi me orën e tij) dhe, nga këndvështrimi i tij, është vëllai i tij që do ta kalojë kohën më ngadalë.
Në fakt, të dy vëllezërit janë në kushte të barabarta, që do të thotë se kur të jenë bashkë, ora në orët e tyre do të jetë e njëjtë. Në të njëjtën kohë, sipas teorisë së relativitetit, është ora e vëllait-udhëtar që duhet të bjerë prapa. Një shkelje e tillë e simetrisë së dukshme u konsiderua si një mospërputhje në dispozitat e teorisë.
Paradoksi binjak nga teoria e relativitetit të Ajnshtajnit
Në vitin 1905, Albert Ajnshtajni nxori një teoremë që thotë se kur një palë orë të sinkronizuara me njëra-tjetrën janë në pikën A, njëra prej tyre mund të lëvizë përgjatë një trajektoreje të lakuar të mbyllur me një shpejtësi konstante derisa të arrijnë përsëri pikën. A (dhe kjo do të marrë, për shembull, t sekonda), por në momentin e mbërritjes ata do të tregojnë më pak kohë se sa ora që mbeti e palëvizshme.
Gjashtë vjet më vonë, statusi paradoks i kësaj teorieofruar nga Paul Langevin. E “mbështjellë” në një histori vizuale, shpejt fitoi popullaritet edhe mes njerëzve larg shkencës. Sipas vetë Langevin, mospërputhjet në teori u shpjeguan me faktin se, duke u kthyer në Tokë, udhëtari lëvizi me një ritëm të përshpejtuar.
Dy vjet më vonë, Max von Laue paraqiti një version që nuk janë momentet e nxitimit të një objekti ato që janë të rëndësishme, por fakti që ai bie në një kornizë të ndryshme inerciale referimi kur është në Tokë.
Më në fund, në vitin 1918, Ajnshtajni ishte në gjendje të shpjegonte vetë paradoksin e dy binjakëve nëpërmjet ndikimit të fushës gravitacionale në kalimin e kohës.
Shpjegimi i paradoksit
Paradoksi binjak ka një shpjegim mjaft të thjeshtë: supozimi fillestar i barazisë midis dy kornizave të referencës është i gabuar. Udhëtari nuk qëndroi në kuadrin e referencës inerciale gjatë gjithë kohës (e njëjta gjë vlen edhe për historinë me orën).
Si rezultat, shumë menduan se relativiteti special nuk mund të përdorej për të formuluar saktë paradoksin binjak, përndryshe do të rezultonin parashikime të papajtueshme.
Gjithçka u zgjidh kur u krijua teoria e përgjithshme e relativitetit. Ajo dha zgjidhjen e saktë për problemin në fjalë dhe ishte në gjendje të konfirmonte se nga një palë orë të sinkronizuara, ishin ato në lëvizje që do të binin prapa. Pra, detyra fillimisht paradoksale mori statusin e një të zakonshme.
Çështje të diskutueshme
Ka sugjerime qëmomenti i nxitimit është mjaft i rëndësishëm për të ndryshuar shpejtësinë e orës. Por, gjatë provave të shumta eksperimentale, u vërtetua se nën ndikimin e nxitimit, lëvizja e kohës nuk përshpejtohet dhe nuk ngadalësohet.
Si rezultat, segmenti i trajektores, në të cilin njëri nga vëllezërit u përshpejtua, demonstron vetëm njëfarë asimetrie që ndodh midis udhëtarit dhe trupit të shtëpisë.
Por kjo deklaratë nuk mund të shpjegojë pse koha ngadalësohet për një objekt në lëvizje dhe jo për diçka që mbetet në qetësi.
Test me praktikë
Formulat dhe teoremat e paradoksit binjak përshkruajnë saktësisht, por është mjaft e vështirë për një person të paaftë. Për ata që janë më të prirur t'i besojnë praktikës sesa llogaritjeve teorike, janë kryer eksperimente të shumta, qëllimi i të cilave ishte të provonin ose të rrëzonin teorinë e relativitetit.
Në një rast, është përdorur një orë atomike. Ato janë shumë të sakta dhe për një desinkronizim minimal do t'u duhen më shumë se një milion vjet. Të vendosur në një avion pasagjerësh, ata rrotulluan Tokën disa herë dhe më pas treguan një vonesë mjaft të dukshme pas atyre orëve që nuk fluturonin askund. Dhe kjo përkundër faktit se shpejtësia e lëvizjes së mostrës së parë të orës ishte larg dritës.
Një shembull tjetër: jeta e muoneve (elektroneve të rënda) është më e gjatë. Këto grimca elementare janë disa qindra herë më të rënda se grimcat e zakonshme, kanë një ngarkesë negative dhe formohen në shtresën e sipërme të atmosferës së tokës për shkak tëveprimin e rrezeve kozmike. Shpejtësia e lëvizjes së tyre drejt Tokës është vetëm pak më e ulët se shpejtësia e dritës. Me jetëgjatësinë e tyre të vërtetë (2 mikrosekonda), ata do të ishin kalbur përpara se të preknin sipërfaqen e planetit. Por në procesin e fluturimit, ata jetojnë 15 herë më gjatë (30 mikrosekonda) dhe ende e arrijnë qëllimin.
Shkaku fizik i paradoksit dhe shkëmbimit të sinjaleve
Fizika shpjegon paradoksin binjak në një gjuhë më të arritshme. Gjatë fluturimit, të dy vëllezërit binjakë janë jashtë rrezes së njëri-tjetrit dhe praktikisht nuk mund të sigurohen që orët e tyre të lëvizin në sinkron. Është e mundur të përcaktohet saktësisht se sa ngadalësohet lëvizja e orëve të udhëtarit nëse analizojmë sinjalet që ata do t'i dërgojnë njëri-tjetrit. Këto janë sinjale konvencionale të "kohës së saktë", të shprehura si pulsime drite ose transmetim video të faqes së orës.
Duhet të kuptoni se sinjali nuk do të transmetohet në kohën e tashme, por tashmë në të kaluarën, pasi sinjali përhapet me një shpejtësi të caktuar dhe duhet një kohë e caktuar për të kaluar nga burimi te marrësi.
Është e mundur të vlerësohet saktë rezultati i dialogut të sinjalit vetëm duke marrë parasysh efektin Doppler: kur burimi largohet nga marrësi, frekuenca e sinjalit do të ulet dhe kur afrohet, do të rritet.
Formulimi i një shpjegimi në situata paradoksale
Ka dy mënyra kryesore për të shpjeguar paradokset e këtyre tregimeve binjake:
- I vëmendshëmshqyrtimi i konstruksioneve logjike ekzistuese për kontradiktat dhe identifikimi i gabimeve logjike në zinxhirin e arsyetimit.
- Kryerja e llogaritjeve të detajuara për të vlerësuar faktin e ngadalësimit të kohës nga këndvështrimi i secilit prej vëllezërve.
Grupi i parë përfshin shprehje llogaritëse të bazuara në SRT dhe të gdhendura në kornizat inerciale të referencës. Këtu supozohet se momentet që lidhen me përshpejtimin e lëvizjes janë aq të vogla në raport me gjatësinë totale të fluturimit saqë mund të neglizhohen. Në disa raste, ata mund të prezantojnë një kornizë të tretë inerciale referimi, e cila lëviz në drejtim të kundërt në raport me udhëtarin dhe përdoret për të transmetuar të dhëna nga ora e tij në Tokë.
Grupi i dytë përfshin llogaritjet e ndërtuara duke marrë parasysh faktin se momentet e lëvizjes së përshpejtuar janë ende të pranishme. Vetë ky grup ndahet gjithashtu në dy nëngrupe: njëri përdor teorinë gravitacionale (GR), dhe tjetri jo. Nëse përfshihet relativiteti i përgjithshëm, atëherë supozohet se ekuacioni përmban fushën gravitacionale, e cila korrespondon me nxitimin e sistemit, dhe ndryshimi në shpejtësinë e kohës merret parasysh.
Përfundim
Të gjitha diskutimet në lidhje me paradoksin imagjinar janë vetëm për shkak të një gabimi në dukje logjik. Sido që të formulohen kushtet e problemit, është e pamundur të sigurohet që vëllezërit të gjenden në kushte krejtësisht simetrike. Është e rëndësishme të merret parasysh se koha ngadalësohet pikërisht në orët lëvizëse, të cilat duhej të kalonin nëpër një ndryshim në kornizat e referencës, sepsenjëkohësia e ngjarjeve është relative.
Ka dy mënyra për të llogaritur se sa është ngadalësuar koha nga këndvështrimi i secilit prej vëllezërve: duke përdorur veprimet më të thjeshta brenda kornizës së teorisë speciale të relativitetit ose duke u fokusuar në kornizat jo-inerciale të referencës.. Rezultatet e të dy zinxhirëve të llogaritjes mund të jenë reciproke të qëndrueshme dhe të shërbejnë në mënyrë të barabartë për të konfirmuar se koha kalon më ngadalë në një orë në lëvizje.
Mbi këtë bazë, mund të supozohet se kur eksperimenti i mendimit të transferohet në realitet, ai që zë vendin e një shtëpie do të plaket me të vërtetë më shpejt se udhëtari.
