Путаница по поводу парадокса близнецов в общей теории относительности?

Парадокс близнецов гласит, что если у вас есть один близнец на Земле и один близнец отправляется в путешествие туда и обратно в космос на ракете со скоростью, близкой к скорости света, когда близнец, отправленный на ракете, возвращается на Землю, он будет стареть меньше, чем их двойник на земле.

Теперь давайте назовем близнеца на Земле Близнецом А, а близнеца, отправленного в космос, Близнецом Б. В то время, когда Б ускоряется, чтобы развернуться, он больше не будет находиться в инерциальной системе отсчета и будет видеть, как часы А движутся быстро. Однако предположим, что у А есть световые часы, поэтому, когда Б увидит, что часы А двигаются быстро, Б увидит, что часы А двигаются быстрее скорости света. Более того, последовательность событий автомобиля, движущегося по земле, также будет наблюдаться быстро проходящей через B, и B может увидеть, что автомобиль движется со скоростью, превышающей скорость света.

Итак, мой вопрос заключается в том, что хотя B будет быстро наблюдать за событиями, происходящими на Земле во время ускорения, но не означает ли это, что некоторые события движущихся объектов будут происходить быстро, так что объекты движутся быстрее, чем скорость света относительно B, следовательно, нарушается второй постулат специальной теории относительности?

Ответы (3)

В кадре В часы А показывают, скажем, полдень. Затем B быстро оборачивается, и в его новом кадре часы A показывают, скажем, 3 часа дня. Смена кадров может происходить сколь угодно быстро.

Это точно такое же явление, как и любая другая смена кадров. Встаньте на закате так, чтобы в вашем кадре солнце было на расстоянии 93 миллиона миль от вас. Теперь повернитесь на 180 градусов так, чтобы в вашей новой системе координат солнце находилось в 93 миллионах миль позади вас. Вы только что «увидели», как солнце продвинулось на 186 миллионов миль за одно мгновение, или вы просто очень быстро меняли кадры?

Уважаемый WillO. После ваших комментариев я отредактировал, но всего несколько комментариев к вашему ответу. Вы пытаетесь объяснить феномен с помощью СТО, а это не реально. «Смена кадров может происходить сколь угодно быстро». Так что это будет означать, что корабль разворачивается в один миг. Извините, в жизни так не бывает. И нет, вы не можете развернуться мгновенно. Ничто не движется мгновенно.
космический корабль должен замедлиться, использовать энергию, а затем развернуться и снова разогнаться. Это требует времени. За это время (которое вы не принимаете во внимание) происходит самое настоящее. Два близнеца начинают двигаться во временном измерении с разной скоростью, по-разному стареют. И это единственный период, когда близнец на космическом корабле мог видеть части часов другого близнеца, и другие вещи на Земле, возможно, движутся быстрее, чем c. Если вы попробуете SR, то во время движения с постоянной скоростью оба близнеца смогут увидеть, как часы другого идут быстрее. Постоянная скорость симметрична относительно. Ускорение абсолютное.
@ ÁrpádSzendrei: Нет, я не пренебрегал временем, в течение которого корабль ускоряется; Я сказал, что время может быть очень коротким (что необходимо, чтобы соответствовать вопросу ОП, где он хочет Б увидеть очень быстрое изменение времени на А часы). Корабль выезжает (для простоты по прямой линии), затем требуется некоторое время, чтобы развернуться, а затем движется внутрь (по другой прямой линии). Чтобы ответить на вопрос ОП, все, что имеет значение, - это начальный и конечный кадры, а не то, что происходит между ними. (Точно так же, как то, что происходит во время поворота, не имеет отношения к примеру с солнцем.)
Я считаю, что этот ответ вводит в заблуждение, так как это не так в реальной жизни. Он спрашивает о том, что видит путешествующий близнец из космического корабля на Земле. Он спрашивает, может ли близнец в космическом корабле видеть, что вещи движутся быстрее (тогда c) на Земле во время поворота (ускорения)? Реальный ответ — да, и это вызвано замедлением времени ОТО.
Спасибо за ответ WillO. Итак, как я вижу ваш ответ, так это то, что если мы покажем, как угол среза B на диаграмме Минковского изменяется во время ускорения, на большом расстоянии срез проходит через события намного быстрее, чем скорость света из-за перехода между инерциальными системами отсчета. А смещения и времени между двумя событиями, наблюдаемыми В в двух разных инерциальных системах отсчета во время его перехода, будет недостаточно для определения скорости, потому что системы координат двух инерциальных систем не совпадают. Пожалуйста, поправьте меня, если я ошибаюсь.
@SalarKhan: первая часть вашего комментария («если мы покажем, как угол .... переходит между инерциальными кадрами») совершенно верна по любому стандарту, да и в целом. Что касается второй части («И смещение… не то же самое»), то я предпочитаю думать об этом, хотя вместо этого вы могли бы думать о B как о единственной неинерциальной системе отсчета (или, точнее, о разделе пучка кадров), в котором часы А действительно на какое-то время ускоряются. Я призываю вас, особенно если вы новичок, думать об этом по-моему, хотя другие, возможно, захотят поощрить вас иначе.

как вы указали, он не находится в инерциальной системе отсчета, поэтому постулаты относительности к нему неприменимы.

Во-первых, после правильных комментариев вы спрашиваете (или упоминаете) о двух главных вещах:

  1. почему один из близнецов стареет. так как это не ваш главный вопрос, я не буду вдаваться в это

  2. почему близнец на космическом корабле может видеть, что вещи движутся быстрее, чем свет на Земле.

Я полагаю, что ваш главный вопрос 2. Почему близнец в космическом корабле видит, что вещи движутся быстрее, чем c на Земле, и почему нарушается СТО. Вы уже чувствуете, что SR не подходит для этого явления. Отчасти именно поэтому была разработана ОТО, ОТО описывает гравитационное замедление времени, и, насколько нам известно, именно это лучше всего описывает события, о которых вы спрашиваете. По сути, в краткой версии, СТО утверждает, что ничто не может двигаться быстрее, чем c, при локальном измерении в вакууме. Ваше измерение не является локальным. Вы пытаетесь измерить скорость издалека (из другой гравитационной зоны).

Если вы попытаетесь объяснить это с помощью СТО, вы поймете, что оба близнеца могли бы симметрично сказать, что часы другого идут быстрее. Какой из них правильный? Постоянная скорость симметрична относительно. Вам нужно ускорение. Ускорение абсолютное. Вот почему вам нужен ГР. Проблема с объяснением СР также заключается в том, что оно не учитывает период окупаемости и то, как это работает в реальной жизни. Чтобы развернуться на космическом корабле, нужно время и энергия. Ему нужно ускорение, а оно равно гравитационной зоне по принципу эквивалентности. Это определенный период, в течение которого путешествующий близнец увидит, что часы другого идут быстрее, а близнец на Земле увидит, что часы другого идут медленнее. SR не может дать вам это с объяснением из реальной жизни (или, по крайней мере, это намного сложнее).

Вы на правильном пути, просто нужно уточнить несколько моментов:

  1. вы правы, это связано с гравитационным замедлением времени (именно здесь вы спрашиваете о части пути «во время ускорения»)

  2. из-за принципа эквивалентности ускоряющийся корабль оказывает такое же влияние на часы, как и гравитационная зона (относительно замедляя часы).

  3. свет распространяется со скоростью c в вакууме при локальном измерении

  4. вы правы, вы можете измерить другую скорость, чем c, когда вы измеряете скорость света с точки зрения далекого наблюдателя

Вы можете измерить скорость, отличную от c, даже при локальном измерении в среде (не в вакууме), но ваш случай касается нелокального измерения.

Главное, что вам нужно измерить скорость света с точки зрения дальнего наблюдателя, и наблюдатель должен находиться в области пространства с другой энергией напряжения (гравитационной зоной), чем там, где на самом деле движется свет. .

Есть два основных случая:

  1. Допустим, вы измеряете скорость света, когда он проходит рядом с Солнцем, и вы измеряете ее с Земли. Это задержка Шапиро, и вы измерите скорость меньше c из-за более сильной (относительной) энергии стресса Солнца и более слабой энергии стресса Земли (относительно Солнца). Часы на Земле тикают быстрее, и вы делите путь света на время, которое больше (относительно), поэтому вы получаете меньшую скорость. Путь также длиннее из-за гравитации, но не будем это учитывать.

  2. И да, вопреки распространенному мнению, можно измерить скорость больше с, если измерить ее издалека. Когда мы говорим, что максимальная скорость равна c, мы имеем в виду ее локальное измерение в вакууме. Если бы вы измерили скорость света, когда он проходит рядом с Землей, а наблюдатель находится на Солнце, вы бы измерили скорость больше c. Как это возможно? Это потому, что ваши часы на Солнце тикают медленнее, и вы разделите путь света с меньшим количеством времени (относительно), поэтому вы получите скорость больше, чем c. Путь немного длиннее из-за гравитации, но давайте проигнорируем это (на самом деле преобладает временная составляющая, поэтому в данном случае длина пути не имеет значения).

Так что в основном да, ответ на ваш вопрос: если вы посмотрите с космического корабля, когда он ускоряется, вы увидите, что вещи движутся быстрее, чем c на Земле. Это потому, что вы измеряете скорость не локально, издалека. SR утверждает только, что если вы измеряете скорость локально, то вы не можете измерить скорость быстрее, чем c (в вакууме). Так что СР не нарушается.

Пожалуйста, посмотрите здесь, почему вы бы предпочли, чтобы GR объяснил это:

Как разрешается классический парадокс близнецов?

Несмотря на название, вопрос строго о специальной теории относительности. Гравитационное замедление времени здесь ни при чем.
@WillO извините, но это неправда. SR не может объяснить, почему (хорошо, может, но это не совсем так) один из близнецов становится старше, потому что постоянная скорость симметрично относительна. Оба близнеца могут сказать, что другой стал старше. Но вы правы в том, что он спрашивает, почему нарушается СТО. Я отредактирую, чтобы объяснить. Он конкретно спрашивает о «во время ускорения», так как понимает, что изменение скорости близнецов во временном измерении изменяется во время ускорения, что эквивалентно гравитационной зоне, то есть принцип эквивалентности.
После вашего редактирования это все еще очень вводит в заблуждение. Конечно, вам не нужен ОТО, чтобы вычислить интеграл от г т по непрямому пути. SR вполне подходит для решения этого вопроса.
«Если вы попытаетесь объяснить это с помощью СТО, вы поймете, что оба близнеца могли бы симметрично сказать, что часы другого идут быстрее». Это неправильно. Близнец-домосед все время находится в одной инерциальной системе отсчета, но путешествующий близнец переключает кадры во время своего поворота. В SR можно использовать только систему отсчета домоседов.
Спасибо за ваш ответ, Арпад Сендрей. Таким образом, вы говорите, что проблема с моим измерением заключается в том, что оно глобальное, а не локальное, что ошибочно заставляет меня предположить, что v = Δx / Δt, когда я должен делать v = dx / dt для событий рядом со мной. И именно эта скорость v никогда не может превышать скорость света. Я прав?
@SalarKhan правильно. как вы говорите, эти скорости рядом с вами никогда не могут превышать c. Если вам это нравится, пожалуйста, пользу.
@D.Halsey, это переключение между системами отсчета - вот что делает SR нереальным. Для переключения одного объекта между системами отсчета требуется время и энергия. Космические корабли должны тормозить, разворачиваться и ускоряться, что требует времени и энергии. Но вы правы, для этого есть решение SR, как вы видите ссылку в конце моего ответа. Просто объяснение ОТО больше похоже на реальную жизнь.
Космические корабли должны тормозить, разворачиваться и ускоряться, что требует времени и энергии. Да. И SR может легко объяснить все это.
Путаница по поводу парадокса близнецов в общей теории относительности?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v