Замедление времени: почему наблюдатели видят друг друга медленнее, но при этом один из них старше или моложе другого?

На этом сайте много вопросов о парадоксе близнецов, так что, наверное, не стоит еще раз повторять этот материал.

Стоит сказать, что люди склонны запутываться из-за непонимания того, что такое инерциальная система отсчета и как можно сравнивать разные инерциальные системы отсчета. Мы должны немного упростить дело и поместить близнеца B на космический корабль, потому что орбитальное движение немного сложнее. Единственный момент, когда А и В могут напрямую сравнивать что-либо друг с другом, — это момент, когда они проходят, то есть момент, когда они находятся в одном и том же месте. Если А и В останутся в своих инерциальных системах отсчета, они никогда больше не встретятся и, по сути, будут отдаляться друг от друга все дальше и дальше с течением времени. Единственный способ, которым близнецы когда-либо снова встретятся, - это если они изменят инерциальную систему отсчета, т.е. если один из них ускорится.

В SR ускорение абсолютное. Под этим я подразумеваю, что скорость относительна, т. е. вы не можете сказать, движется ли А или В, но всегда можно сказать, какой из двух ускоряется. Ускорение всегда вносит асимметрию, поэтому неудивительно, что когда они снова встретятся, А и В обнаружат, что их часы отличаются.

Вы можете рассматривать ускорение в специальной теории относительности. См., например, мой ответ на вопрос «Как настроить кинематические уравнения, чтобы не достигать скоростей, превышающих скорость света?» где я привожу (некоторые) уравнения для понимания движения ускоряющейся ракеты. Если вы проведете вычисления, вы обнаружите, что B видит, что часы A работают быстро, в то время как B ускоряется между инерциальными системами отсчета. Смотрите мой ответ на вопрос «Почему парадокс симметричных близнецов не является парадоксом?» подробнее об этом.

Вопрос о том, что видит нейтрино Карла Сагана, довольно тонкий. Предположим, что какое-то взаимодействие частиц вскоре после Большого Взрыва и на расстоянии 13,7 миллиардов лет произвело нейтрино, и это нейтрино только что прошло мимо вас. Для нейтрино с момента Большого взрыва прошло всего несколько секунд. Однако когда нейтрино проходит мимо вас, оно видит вас в вашем нынешнем возрасте, 13,7 миллиарда лет, так что же происходит? Ответ заключается в том, что в системе нейтрино и вашей системе Большой взрыв произошел в разное время. Таким образом, нейтрино может увидеть, как 13,7-миллиардный период Большого Взрыва проходит за несколько секунд, но не потому, что он видит, что время во Вселенной бежит быстро. Он считает каждый последующий кусочек Вселенной более старым, потому что каждый последующий кусочек Вселенной, проходящий через Большой взрыв, отодвигается все дальше и дальше назад во времени.

Во-первых, позвольте мне сказать, что мне очень нравится ваше утверждение: «[...] так что лучше отвечать без каких-либо расчетов, потому что я этого не понимаю». Думаю, я мог бы начать говорить это сам, когда задаю вопросы об относительности.

Как и вы, я редко понимаю какое-либо объяснение теории относительности, основанное на уравнениях. В тех редких случаях, когда я могу понять, что выражается в уравнениях, я не могу сказать, верна ли математика. Мне нравится читать объяснения, в которых используются слова и изображения, и мне нравится объяснять вещи словами и изображениями. Я освоил основы теории относительности, поэтому попытаюсь дать вам объяснение замедления времени и «парадокса» близнецов, которое вы сможете понять. Это не столько парадокс, сколько контринтуитивный факт физики.

То, о чем вы спрашиваете, по сути, является «парадоксом близнецов» относительности, который представляет собой мысленный эксперимент, используемый учителями для обучения теории относительности, так что это очень хороший вопрос. С другой стороны, вы сделали вопрос более сложным, чем необходимо, включив в него орбитальность. Поэтому я объясню только классический парадокс близнецов и проигнорирую усложняющие вещи, которые вы добавили к нему в своем вопросе. Поступая таким образом, я дам легкую для понимания основу для всех ваших будущих размышлений о специальной и общей теории относительности.

Понимание замедления времени.

Примечание для читателя: если вы уже точно понимаете, что такое система отсчета, что такое замедление времени и что такое десинхронизация времени, смело переходите к разделу «Подробное рассмотрение парадокса близнецов».

Существует ряд неверных представлений о парадоксе близнецов. Малоизвестная истина состоит в том, что речь идет исключительно о специальной теории относительности, и нет необходимости привносить в нее общую теорию относительности. Это потому, что общая теория относительности актуальна только тогда, когда гравитационные силы являются важной частью вопроса. Все остальное, включая ускоренные системы отсчета, обрабатывается специальной теорией относительности. Правда в том, что ускорение само по себе не вызывает замедления времени, это мало кто знает.

Для того, чтобы путешествующий близнец повернул и вернулся на Землю, у него должен быть период ускорения, и поскольку он движется от скорости, близкой к скорости света, от Земли к скорости, близкой к скорости света, к Земле, это ускорение должно быть очень большим. отлично, или длятся очень долго. Многие приходят к выводу, что замедление времени во время ускорения объясняет асимметрию и, таким образом, разрешает «парадокс». Не так. Легко показать, почему. Представьте себе, что ускорение чрезвычайно велико, почти бесконечно и длится всего секунду. Независимо от того, насколько велико замедление времени во время этого ускорения, оно может вызвать разницу в возрасте не более одной секунды. Так что замедление времени при ускорении не может быть объяснением.

На самом деле ускорение не влияет на скорость хода часов. Движущиеся часы идут медленно, да. С другой стороны, ускорения часов недостаточно, чтобы заставить их работать с другой скоростью. Если часы и движутся , и ускоряются, они будут идти медленно, но не иначе, чем часы, движущиеся с постоянной скоростью.

Ускорение означает скорость изменения скорости во времени. Следовательно, возможно иметь нулевую скорость и, следовательно, нулевое замедление времени при огромном ускорении. На самом деле мы увидим, что это происходит во время путешествия путешествующего близнеца.

Постоянная скорость означает постоянную скорость и постоянное направление. Изменение направления с постоянной скоростью — это случай ускорения, потому что это случай изменения скорости. Это имеет смысл, так как для изменения направления движения объекта требуется сила. Известным случаем является круговое движение с постоянной скоростью, вызванное центростремительной силой.

Большое заблуждение, которое раньше было очень распространенным, состоит в том, что движущиеся часы идут медленно, потому что что-то мешает их функционированию. Вот почему был создан «парадокс» близнецов: то, что человек стареет быстрее, чем его близнец, дает понять, что время действительно течет с другой скоростью, во всех смыслах этого слова, «время». Это не иллюзия, и это не связано с тем, что часы испытывают какое-то трение или что-то в этом роде.

Тот факт, что движущиеся линейки короткие, происходит не из-за деформации материала, из которого сделана линейка, а из-за того, что длина или само «пространство» изменяется из-за движения. Когда до 1905 года в экспериментах измеряли скорость света, то заметили, что кажется, что измерительный аппарат становится короче в зависимости от собственной скорости, и придумали формулу для расчета величины (которую я вам избавлю ) и название для него, которое я вам скажу, «лоренцево сокращение». Ученые изучили то, что было известно о материалах и атомах, чтобы выяснить, как движение могло вызвать лоренцево сокращение. Они думали, что материал дает усадку. Эйнштейн первым понял, что сжимается само пространство (или длина). Как сказал Эйнштейн: «Движущиеся часы идут медленно,

Системы отсчета имеют фундаментальное значение для теории относительности, и если вы неправильно поймете это, вы неправильно поймете многое другое. К счастью, это легко понять, что делает немного странным, что многие выпускники факультетов физики этого не понимают.

Вот как понять, что такое система отсчета. С этого момента я буду для краткости называть это «рамкой». Представьте себе жесткий каркас из металлических стержней, настолько прочных и жестких, что они вообще не гнутся, не растягиваются и не сжимаются. Они жестко соединены друг с другом и не могут перемещаться друг относительно друга. Этот фреймворк прикрепил к нему множество крошечных часов, которые показывают одинаковое время друг с другом. Там повсюду часы. Любая точка внутри фреймворка имеет там часы. Рамка — это математическая абстракция, а эта решетка из стержней и часов — ее физический эквивалент. Просто несколько вещей немного странные об этом. Во-первых, он бесконечен. Она заполняет всю вселенную. Во-вторых, его можно перемещать, он невесом, бесконечно легок. Например, его можно прикрепить к ракете, и если ракета движется, то прикрепленная решетка движется с той же скоростью. Вот что значит "каркас ракеты". Так что этот каркас бесконечно прочный и легкий. В-третьих, системы отсчета могут проходить сквозь друг друга. Таким образом, корпус земли (предполагаемый покоящимся) и корпус ракеты движутся относительно него (без столкновения металлических стержней). Каркас ракеты также покрыт часами, которые показывают одинаковое время друг с другом. Итак, у вас есть две бесконечные решетки из стержней и часов, движущихся относительно друг друга. Поскольку все движения относительны, если ракета движется с постоянной скоростью, близнец на ракете может сказать, что он покоится, а Земля движется (относительно него). Иначе говоря, близнецу на ракете корпус ракеты покоится,

При объяснении новичкам решетки часов и стержней очень много ненужной и, на мой взгляд, контрпродуктивной возни, поднимается учителями и прочими о том, как синхронизировать часы рамки друг с другом. Если вы не уверены, вам может быть полезен этот мой ответ, который является ответом на вопрос о том, что означают часы и стержни в теории относительности, и который фокусируется на том, что означает синхронизация часов в решетке часов и стержней и как это можно сделать простым способом: https://physics.stackexchange.com/a/718723/295887

В двух словах, часы синхронизируются в обычном смысле этого слова, как в «синхронизируй часы», как говорят в кино.

Все часы кадра показывают одно и то же время друг с другом, хотя никогда не совпадают точно с часами другого кадра . Таким образом, все часы на ракете и в любом месте ее бесконечной системы координат показывают одно и то же время. Если бы вы были на ракете с путешествующим близнецом и посмотрели бы в мощный телескоп в окно на физическую решетку из часов и стержней, прикрепленных к ракете, вы бы увидели неподвижную решетку из часов и стержней, а рядом часы. тикали бы сначала, потом те, что дальше, потом еще дальше, и так далее. То, что вы видите , не то, что происходит на самом деле. Свет имеет конечную скорость, поэтому требуется время, чтобы свет достиг вашего глаза. Свету требуется больше времени, чтобы добраться до вас от часов, находящихся дальше, поэтому вы видитеони тикают позже. Это согласуется с тем, что они синхронизированы. Если бы вы увидели, что все они тикают одновременно, независимо от расстояния, это означало бы, что часы не синхронизированы. Это еще одна редко понимаемая истина.

В более общем плане идея о том, что релятивистские эффекты вызваны задержкой сигнала, является одним из самых больших заблуждений относительно теории относительности. Есть целые книги, объясняющие относительность для неспециалиста как вызванную задержкой сигнала. Полный вздор, и, к счастью, таких книг становится все меньше. Повторяю, релятивистские эффекты не вызваны задержкой сигнала. Однако он вызывает много интересных оптических эффектов. Например, ракета будет выглядеть так, будто летит сквозь пространство по диагонали из-за того, что она вращается из-за движения со скоростью, близкой к скорости света. Но это всего лишь игра света. Свет с дальней стороны ракеты приходит позже, чем свет с ближней стороны, что делает его видимым .вращается. На самом деле он не вращается. Опять же, это иллюзорное вращение часто представляется как релятивистский эффект, как реальное вращение многими людьми, которые должны знать лучше. Если бы только люди знали, что такое кадр и как его использовать для проведения достоверных измерений, не возникало бы этой ерунды с задержкой сигнала. Так как же провести достоверные измерения с помощью стержней, часов и решетки?

Это просто, как и все в часах и решетке из стержней. Вы должны предотвратить задержку сигнала, чтобы она не испортила ваши измерения. Вот почему у вас повсюду часы. Это позволяет вам измерять время в любой точке решетки, не задумываясь о том, что происходит со светом, когда он движется в пространстве от часов к вашему глазу. Вы прямо у часов. Если бы вы были слепы, вы могли бы читать время по часам с помощью рук и осязания. Таким образом, светом и всеми другими сигналами можно пренебречь, или вы даже можете производить все измерения на ощупь и, таким образом, полностью исключить свет, а со светом задержку сигнала и все те надоедливые уловки света, на которые влияет приближение к скорости света. (что мы должны сделать, чтобы получить сильные релятивистские эффекты). Итак, это все. Вы измеряете положение, глядя на цифры, нарисованные на стержнях, как с помощью линейки, и измеряете время любого события (например, прохождения передней части ракеты) с помощью часов, прикрепленных к решетке в точке (или, черт возьми, близко к этому), где происходит событие. Это случай «что» (точка носового обтекателя ракеты), «где» (в определенном отмеченном месте на решетке, возможно, записанном как три числа, представляющие север, восток и высоту) и «когда» (на что указывают часы, прикрепленные к решетке, которые находятся прямо там, где был носовой обтекатель, когда было отмечено его положение в решетке (или относительно нее). Нам нужно быть особенно осторожными с частью «когда», и в этом весь смысл идеи решетки стержней и часов. точно так же, как с помощью линейки, и вы измеряете время любого события (например, прохождения передней части ракеты) с помощью часов, прикрепленных к решетке в точке (или, черт возьми, близко к ней), где происходит событие) . Это случай «что» (точка носового обтекателя ракеты), «где» (в определенном отмеченном месте на решетке, возможно, записанном как три числа, представляющие север, восток и высоту) и «когда» (на что указывают часы, прикрепленные к решетке, которые находятся прямо там, где был носовой обтекатель, когда было отмечено его положение в решетке (или относительно нее). Нам нужно быть особенно осторожными с частью «когда», и в этом весь смысл идеи решетки стержней и часов. точно так же, как с помощью линейки, и вы измеряете время любого события (например, прохождения передней части ракеты) с помощью часов, прикрепленных к решетке в точке (или, черт возьми, близко к ней), где происходит событие) . Это случай «что» (точка носового обтекателя ракеты), «где» (в определенном отмеченном месте на решетке, возможно, записанном как три числа, представляющие север, восток и высоту) и «когда» (на что указывают часы, прикрепленные к решетке, которые находятся прямо там, где был носовой обтекатель, когда было отмечено его положение в решетке (или относительно нее). Нам нужно быть особенно осторожными с частью «когда», и в этом весь смысл идеи решетки стержней и часов. и вы измеряете время любого события (например, пролета передней части ракеты) с помощью часов, прикрепленных к решетке в точке (или, черт возьми, близко к ней), где происходит событие. Это случай «что» (точка носового обтекателя ракеты), «где» (в определенном отмеченном месте на решетке, возможно, записанном как три числа, представляющие север, восток и высоту) и «когда» (на что указывают часы, прикрепленные к решетке, которые находятся прямо там, где был носовой обтекатель, когда было отмечено его положение в решетке (или относительно нее). Нам нужно быть особенно осторожными с частью «когда», и в этом весь смысл идеи решетки стержней и часов. и вы измеряете время любого события (например, пролета передней части ракеты) с помощью часов, прикрепленных к решетке в точке (или, черт возьми, близко к ней), где происходит событие. Это случай «что» (точка носового обтекателя ракеты), «где» (в определенном отмеченном месте на решетке, возможно, записанном как три числа, представляющие север, восток и высоту) и «когда» (на что указывают часы, прикрепленные к решетке, которые находятся прямо там, где был носовой обтекатель, когда было отмечено его положение в решетке (или относительно нее). Нам нужно быть особенно осторожными с частью «когда», и в этом весь смысл идеи решетки стержней и часов.

Кстати, вы когда-нибудь задумывались, что такое координаты пространства-времени? Ну, ты только что узнал. Три числа указывают место в пространстве в кадре, а одно число указывает время. Другими словами, три числа указывают «где», а одно — «когда».

Обратите внимание, что решетка не используется для измерения скорости, направления или ускорения ракеты. Все это можно вывести из набора измерений того, что находится, где и в какое время. Так работает решетка. Думайте об этом, как о наличии техника в каждой точке решетки, так что существует бесконечное количество техников, по одному на каждые часы. Когда происходит событие, ровно один техник отмечает позицию (свою собственную) и время (ровно на одних часах, за которые он отвечает). Затем он делает копию даты (что, где и когда), запечатывает ее в конверт и отправляет по почте бухгалтеру, который может быть где угодно, и его даже не нужно прикреплять к этой решетке. Бухгалтер, получив кучу конвертов из одной решетки, открывает их все, наносит точки на какой-то график и выясняет, что получилось. Таким образом, бухгалтер может сделать верные в этой (земной) системе отсчета утверждения о скорости, ускорении, размере и форме ракеты. Точно так же тот же бухгалтер мог бы сделать то же самое с кучей конвертов из корпуса ракеты (возможно, конверты другого цвета) и сделать вывод, что, где и когда произошло в корпусе ракеты. Эта система позволяет нам говорить о том, что событие A происходит раньше события B в одном кадре, а в другом B происходит первым (технический термин — «относительность одновременности»). Разница в порядке событий (не очевидный порядок, а *фактический порядок) зависит от разных наборов часов, используемых для получения каждого результата. Точно так же тот же бухгалтер мог бы сделать то же самое с кучей конвертов из корпуса ракеты (возможно, конверты другого цвета) и сделать вывод, что, где и когда произошло в корпусе ракеты. Эта система позволяет нам говорить о том, что событие A происходит раньше события B в одном кадре, а в другом B происходит первым (технический термин — «относительность одновременности»). Разница в порядке событий (не очевидный порядок, а *фактический порядок) зависит от разных наборов часов, используемых для получения каждого результата. Точно так же тот же бухгалтер мог бы сделать то же самое с кучей конвертов из корпуса ракеты (возможно, конверты другого цвета) и сделать вывод, что, где и когда произошло в корпусе ракеты. Эта система позволяет нам говорить о том, что событие A происходит раньше события B в одном кадре, а в другом B происходит первым (технический термин — «относительность одновременности»). Разница в порядке событий (не очевидный порядок, а *фактический порядок) зависит от разных наборов часов, используемых для получения каждого результата. Б происходит первым (технический термин — «относительность одновременности»). Разница в порядке событий (не очевидный порядок, а *фактический порядок) зависит от разных наборов часов, используемых для получения каждого результата. Б происходит первым (технический термин — «относительность одновременности»). Разница в порядке событий (не очевидный порядок, а *фактический порядок) зависит от разных наборов часов, используемых для получения каждого результата.

Вы слышали об инерциальной раме? Это просто означает, что рамка движется с постоянной скоростью и, конечно, не вращается. Инерционные кадры очень важны, потому что, если ваша решетка вращается, вы получите очень сложные результаты. Если ваши решетки не вращаются, и все движутся с постоянными скоростями (не все с одной скоростью, а именно все с постоянными), то все гораздо проще, и поэтому есть такое красивое словосочетание "инерциальная система отсчета", которое употребляется много в относительности.

Если ракета движется в пространстве с постоянной скоростью (трения нет, а двигатели выключены), ее система отсчета является инерциальной. Точно так же, если считать, что Земля не вращается и не движется вокруг Солнца, мы можем сказать, что система отсчета, прикрепленная к Земле, является инерциальной системой.

Замедление времени — это медленное движение часов, поскольку это повлияло на само время, например, потому что часы движутся со скоростью, близкой к скорости света. Замедление времени является частью объяснения того, что происходит с близнецами, но, и это очень важно, это только часть истории. Есть еще один эффект, просто важный, но по сравнению с замедлением времени, о котором многие слышали, о нем мало кто знает. Это называется "рассинхронизация времени". Это когда само время искажается, приближаясь к скорости света. Подобно замедлению времени, это не результат изменения работы часов или даже набора часов. В кадре часы все еще синхронизированы. Только в другом кадре они больше не синхронизированы. По сути, это то же самое, что и относительность одновременности.

Рассмотрение парадокса близнецов в деталях: подробный отчет о поведении каждого фрейма близнецов и его часов.

Давайте теперь посмотрим на парадокс близнецов. В дальнейшем я буду говорить только о том, что на самом деле происходит в каждом кадре, а это означает, что произошло то, что бухгалтер определил бы, открыв кучу конвертов и проанализировав их содержимое. Я ничего не скажу о том, что кто-то на самом деле увидит своими глазами, потому что это не то, что на самом деле происходит. Когда вы путешествуете со скоростью, близкой к скорости света, возникает слишком много оптических иллюзий.

Есть система координат, прикрепленная к невращающейся, не вращающейся по орбите Земле, и другая система координат, прикрепленная к ракете. Один из близнецов остается на Земле, а другой ведет ракету к звезде, скажем, в десяти световых годах от нас, а затем летит обратно. близнец на земле постарел на 20 лет, и все земные часы говорят, что прошло 20 лет. Путешествующий близнец постарел всего на сутки, а все часы ракеты показывают, что прошло всего 24 часа. Давайте посмотрим на это более подробно.

Сначала земные часы и ракета показывают 0 (ноль). Другими словами, все часы в воображаемой решетке часов и стержней, прикрепленных к земле, показывают ноль. Точно так же все часы в рамке прикреплены к ракете.

Внезапно ракета начинает ускоряться, и часы в обеих системах отсчета показывают ноль, и для упрощения мы можем сказать, что в земной системе отсчета ракете требуется мгновение, чтобы достичь скорости, которая лишь на капельку меньше скорости света. а затем ракета выключает двигатели. Итак, ракета не ушла далеко, но ее скорость вдруг сильно изменилась, но теперь она движется с постоянной скоростью, и к ней присоединена инерциальная система отсчета. Прежде чем он начал ускоряться, у него была инерциальная система отсчета (на самом деле он делил систему отсчета с Землей, потому что имел ту же скорость, что и Земля). При ускорении у него была ускоренная рама, то есть не инерционная рама. Теперь у ракеты новая инерционная рама.

В корпусе ракеты все часы чуть выше нуля, а это значит, что везде во Вселенной , в том числе и на звезде назначения. Правильно, корпус ракеты имеет время на звезду. Мы также можем сказать, что звезда покоится в земной системе отсчета и, следовательно, находится в той же системе отсчета, что и Земля. Я должен был сказать это в самом начале. В пределах земной системы отсчёта часы звезды (что то же самое, что сказать часы земной системы отсчёта) показывают чуть больше нуля, секунды или около того, как и часы на Земле в пределах земной системы отсчёта, потому что они всё ещё синхронизированы. В земной системе часы ракеты будут работать примерно в миллион раз быстрее, чем обычно.

Внутри ракеты, движущейся со скоростью чуть ниже скорости света относительно земной системы отсчета, часы земной системы отсчета (включая часы звезды) будут идти с примерно одной миллионной от нормальной скорости. Это из-за замедления времени.

Как насчет рассинхронизации времени? Что ж, в системе координат ракеты земные часы (не являющиеся частью системы координат ракеты) будут показывать ноль, а часы земной системы координат у звезды, то есть часы звезды, будут показывать десять лет . Дайте или возьмите несколько секунд. Это рассинхронизация времени. Поскольку земные и звездные часы движутся относительно ракеты почти со скоростью света, они рассинхронизированы на десять лет. Десять лет, потому что расстояние между ними в земной системе отсчета составляет десять световых лет.

Почему я сказал «в земной оправе»? Потому что в ракете Земля и звезда, кроме того, что они сплющены в диски, еще и разделены всего несколькими световыми часами. Это Лоренцево сокращение. Расстояние от Земли до звезды сократилось, потому что в корпусе ракеты это движущийся измерительный стержень длиной в десять световых лет, находящийся в покое, но теперь очень далекий от покоя. И помните, их часы фактически заморожены, потому что они движутся со скоростью, составляющей одну миллионную от нормальной.

Затем, в земной системе отсчета, ракете требуется чуть более десяти лет, чтобы пройти десять световых лет до звезды, и, таким образом, земная система отсчета времени показывает «десять лет», когда ракета достигает чуть меньшей скорости. света. В земной оправе часы ракеты показывают несколько часов. Это эффект замедления времени. Ракета плоская как лист бумаги из-за контракта Лоренца. Его часы тикают ледяным током, добавляя несколько часов к десятилетнему путешествию.

В корпусе ракеты она проходит несколько световых часов, разделяющих сплющенную Землю и сплющенную звезду, что при скорости чуть меньше скорости света занимает несколько часов. Когда ракета пролетает над земными часами, выстроенными в линию от земли до звезды, путешествующий близнец считывает время в диапазоне от нескольких секунд у земли до пяти лет на полпути и до десяти лет на последней. звезды, которым требуется несколько часов, чтобы передать свои незаметные ледяные тикающие, приплюснутые к бумаге формы. Ракета нормальная по форме и размерам и во всем остальном. Ракета достигает звезды, двигаясь со скоростью чуть меньше скорости света, а часы ракеты в корпусе ракеты показывают несколько часов. В кадре ракеты земные часы отсчитывают несколько секунд, а звездные часы показывают немногим более десяти лет.

В корпусе ракета включает двигатели и через несколько секунд останавливается. Теперь оно находится в покое относительно звезды и земли. Звездные часы идут с нормальной скоростью, как и земные. Звездные часы по-прежнему показывают десять лет. Земные часы сейчас показывают десять лет. Двигатели все еще работают, но огромное ускорение не вызывает никакого замедления времени. Все часы в обеих системах отсчета идут с одинаковой скоростью. Обратите также внимание на отсутствие дополнительной десинхронизации, кроме существовавшей ранее разницы между несколькими часами и десятью годами.

В земной системе координат ракета останавливается примерно за секунду. Его часы какое-то время идут нормально. Часы на ракете показывают несколько часов. Огромное продолжающееся ускорение не влияет на скорость работы каких-либо часов. Длина ракеты внезапно стала нормальной. Ускорение продолжается, и примерно через секунду ракета летит к Земле со скоростью чуть меньше скорости света. Земные и звездные часы продолжают идти с нормальной скоростью, но ракета, теперь снова тонкая как бумага, имеет часы, замороженные на том же значении плюс одна или две секунды, которые они показывали, когда она прибыла.

В корпусе ракеты, как только достигается крейсерская скорость, звездные и земные часы замирают и становятся тонкими, как бумага. Звездные часы показывают десять лет плюс несколько часов, как и по прибытии. Земные часы показывают 20 лет и замерли.

В ракетной раме ракета совершает точно такое же путешествие, как и на внешней опоре. Проходят несколько наших, проходят застывшие бумажные тонкие часы, показывающие 11 лет, 12 лет, до 19 лет и, наконец, на земных часах 20 лет плюс несколько часов (умножить на два). Часы ракеты показывают две порции по несколько часов после прибытия на Землю. Часы на звезде по-прежнему показывают десять лет плюс одна порция нескольких часов.

В земной системе координат прибывает ракета, все еще летящая со скоростью чуть ниже скорости света, после того как ей потребовалось двадцать лет плюс несколько часов, чтобы вернуться к звезде. Остановка занимает одну секунду. Когда он останавливается, он превращается из круглого диска в длинный цилиндр. Часы переходят от замороженных к нормальным. Близнец превращается из нарисованной статуи в нормально двигающегося человека. Он открывает люк, выходит из ракеты и обнимает своего близнеца. Его близнец, конечно, старше его на двадцать лет. Достаточно взрослый, чтобы быть его отцом. Прошло двадцать лет истории. Культура сейчас существенно отличается, как и технологии.

Кстати, временная рассинхронизация распространяется и на ракету. Если длина покоящейся ракеты составляет световую секунду (длина 300 000 км), то когда Лоренц сжался до нескольких километров, часы на задней части ракеты будут на одну полную секунду опережать часы на передней части. всего в нескольких километрах. Это драматический эффект временной десинхронизации.

С более длинной ракетой, назовем ее космическим кораблем длиной около 100 000 световых лет в состоянии покоя, при достаточной скорости она может стать длиной в один миллиметр, а задняя часть будет опережать переднюю на 100 000 лет. А вот на самом космическом корабле все нормально, потому что вы движетесь с той же скоростью, что и ракета, и ее корпус. Если космический корабль длиной 100 000 световых лет, сжавшийся до одного миллиметра, вдруг остановится у Земли, что произойдет? В земной системе отсчета, превысит ли какая-либо часть космического корабля предел космической скорости? Нет, потому что ракета вытянется на всю длину, постепенно останавливаясь. Это выглядело бы как короткий кусок мела, который со скоростью чуть меньше скорости света провел линию длиной в 100 000 световых лет в космическом вакууме. Но линия была бы сделана из стационарного космического корабля, в то время как мел был сделан из стационарного космического корабля. Это связано с тем, что задняя часть космического корабля останавливается первой в земной системе отсчета из-за временной десинхронизации. Затем немного продвинулись вперед. В кадре космического корабля весь космический корабль остановился одновременно, и именно Земля, Солнечная система и Галактика Млечный Путь вернулись к нормальной длине (тоже похожей на кусочки мела, рисующие со скоростью света в вакууме). , и перестать быть рассинхронизированным во времени, и перестать двигаться со скоростью улитки меньше скорости света.

Почему только один близнец замедляет старение?

Я надеюсь, вы видите, как ускорение ракеты и последующее изменение скорости у звезды привели к тому, что путешествующий близнец состарился всего на несколько часов, в то время как земной двойник старел нормально. Ситуация несимметрична, потому что в любой момент времени ускоряется только двойник ракеты. Только ракетный близнец видит, что земные часы на какое-то время десинхронизируются в одну сторону, а затем в другую на какое-то время. Близнец меняется от одного кадра к другому у звезды. Земли нет, а непутешественный близнец все время находится на земле и поэтому остается привязанным к земному каркасу. Хорошо, но что с того? Я имею в виду, как это работает? Этого я еще не знаю.

Упрощенная версия парадокса близнецов, которая (вроде бы) свободна от ускорения.

Если две ракеты движутся со скоростью чуть меньше скорости света, другие земные часы покажут, что прошло всего несколько дней, в то время как земной близнец состарится на двадцать лет. Это показывает, что это не имеет никакого отношения к ускорению, а только к тому, что часы или просто информация некоторое время находятся в одном кадре, а затем в другом.

Почему, о, почему вообще происходят эти странные вещи? Почему физика не ньютоновская?

Я описал, что на самом деле происходит, и какие части происходят из-за замедления времени, а какие из-за рассинхронизации времени. Почему все это происходит. Что ж, похоже, так устроена Вселенная. Никто не знает, почему это так. Никто не знает, почему скорость света именно такая, 300 000 километров в секунду, а не больше и не меньше.

Многие чрезвычайно умные и осведомленные люди, которые также находятся на совершенно другом уровне от меня (и от вас, Эстер), когда дело доходит до математики, предпочитают объяснение, которое, как мне кажется, довольно трудно понять, и которое я не понимал. в состоянии понять полностью, как сейчас. Это называется геометрическим объяснением замедления времени, и оно включает в себя диаграммы Минковского, а последние мне не по плечу. Но идея состоит в том, что мировая линия путешествующих близнецов (путь через четырехмерное пространство-время) отличается от линии близнеца, который остается на Земле, и в этой ситуации нет симметрии. В любом случае, вы можете поискать в физике, чтобы узнать больше о диаграммах Минковского, но их трудно визуализировать, а математика действительно сложна. Удачи и остерегайтесь неправильной информации, поскольку относительность, кажется, замазана неверной или вводящей в заблуждение информацией. Также остерегайтесь терминов, используемых незнакомыми способами. Например, «масса» и «энергия» использовались в новых значениях примерно с 1970 года профессиональными релятивистами или, по крайней мере, некоторыми из них. ВидетьПочему возникает спор о том, увеличивается ли масса со скоростью?