Физическая сущность парадокса близнецов
Павло ДАНЫЛЬЧЕНКО
Показано, что мнимый
парадокс близнецов имеет место в СТО из-за взаимного неразличения стандартного времени
(путиподобного собственного времени движущегося объекта) и координатоподобного собственного
времени инерциальной системы отсчета (ИСО) и из-за игнорирования вследствие этого
необходимостью перерасчета временных координат событий после перехода близнеца-путешественника
из одной ИСО в другую, движущуюся в обратном направлении.
Хотя мнимому парадоксу
близнецов (парадигме часов) и посвящено множество как научных, так и научно-популярных
работ, ни в одной из них до конца так и не вскрыта истинная его физическая сущность.
Обычно этот парадокс объясняют тем, что один из близнецов все время движется с постоянной
скоростью, а другой, кроме того, в определенные моменты времени совершает еще и
ускоренные движения. Такое объяснение указывает лишь на неравнозначность условий
движения близнецов. Однако оно все же не разъясняет, почему возраст близнеца-путешественника
будет всегда меньше возраста близнеца-домоседа, независимо от длительности их относительного
движения с постоянной скоростью а, следовательно, и независимо от величины разницы
возрастов, накопившейся в процессе этого равномерного движения в их инерциальных
системах отсчета пространственных координат и времени (ИСО). Ведь во всех мысленных
экспериментах с идентичными мировыми линиями (МЛ) участков ускоренного движения
близнеца-путешественника из-за этого ускоренного движения должна возникать одна
и та же конечная разница в возрасте близнецов. Первая же разница, в отличие от этой
конечной разницы возрастов, в ИСО каждого из близнецов может достигнуть сколь угодно
большего значения. И поэтому, эти разницы все же будут приводить к взаимно противоречивым
сведениям о возрасте близнецов. Вскрытие физической сущности мнимого парадокса близнецов
и является целью этой статьи.
Первопричины парадокса
близнецов
Как показано в [1],
специальная теория относительности (СТО), на самом деле, допускает возможность существования
особой (выделенной) системы отсчета пространственных координат и времени (СО), а
именно, – фундаментальной СО не увлекаемого движением физического вакуума (ФВ),
в которой частота реликтового излучения является изотропной. В этой СОФВ, мировое
пространство и космологическое время которой, согласно Ньютону [2], являются абсолютными,
и будем рассматривать движение объектов. На рисунке показаны МЛ равномерного движения
двух объектов вдоль одной и той же прямой линии в мировом (абсолютном) пространстве.
Первый из них, на котором находится близнец-домосед, движется в СОФВ с абсолютной
скоростью V0, а второй, на котором находится близнец-путешественник, сначала с относительной
скоростью v1 = (V1 – V0) / (1 – V1V0) удаляется от первого, а затем с относительной
скоростью v2 = (V2 – V0) / (1 – V2V0) сближается с ним. Здесь: V1 и V2 – скорости
абсолютного движения второго объекта соответственно в прямом и в обратном направлениях.
При этом для упрощения математических выкладок принято, что расстояния и пространственные
координаты измеряются в световых единицах длины и, поэтому, собственное значение
скорости света c = 1.
Рис. 1. МЛ равномерного
движения двух объектов вдоль одной и той же прямой линии в мировом (абсолютном)
пространстве: 1 – МЛ первого объекта; 2 – МЛ второго объекта во время его удаления
от первого объекта; 3 – МЛ второго объекта во время его сближения с первым объектом;
4 – МЛ света
Пусть в СОФВ одновременно
с приходом второго объекта в точку F первый объект приходит в точку B0, а собственное
время движения второго объекта из точки A в точку F равно Δt1. Тогда промежуток
космологического (абсолютного) времени, соответствующий этому собственному времени
и отсчитываемый в СОФВ от момента прихода первого объекта в точку B0, а второго
– в точку F, будет равен: TA = –Γ1Δt1, где Γ1 = (1 – V12)–1/2. В
зависимости от величины в точке F абсолютной скорости Vi второго объекта промежутки
космологического времени между событиями в точке Bi на первом и в точке F на втором
объектах, являющимися одновременными (Δt = 0) в ИСО второго объекта, будут
равны: δTi = ΓiVi · xBi, где: xBi – наблюдаемая в ИСО второго объекта
координата положения первого объекта. Таким образом, при разных значениях в точке
F абсолютной скорости второго объекта одновременными событию в точке F его СО будут
события, соответствующие не одному и тому же положению XBi = Γi · xBi в мировом
пространстве первого объекта.
Пусть модули относительных
скоростей движения объектов в процессе их удаления и сближения равны друг другу
(v2 = –v1). Тогда в момент изменения направления движения вторым объектом изменение
положения первого объекта близнецом-путешественником наблюдаться не будет (xB2 =
xB1). Однако, при этом произойдет переход от одновременности в СО близнеца-путешественника
с моментом изменения его движения одних событий к одновременности других событий
на первом объекте, соответствующих уже другому положению в мировом пространстве
последнего: XB2 = XB1(1 –v1V0) / (1 + v1V0). То есть, при переходе второго объекта
от движения со скоростью V1 к движению со скоростью V2 происходит замена положений
первого объекта, считающихся одновременными с положением второго объекта в точке
F. Тем самым, как бы возникает наблюдаемый в СО близнеца-путешественника перепад
координатного времени, соответствующего событиям на первом объекте. И, следовательно,
имеет место исключение из рассмотрения части путиподобного (стандартного [3]) собственного
времени первого объекта, определяющего возраст близнеца-домоседа. Поэтому то и возникает
у близнеца-путешественника ложное умозаключение об уменьшении суммарного времени,
истекшего на первом объекте с момента разлуки до момента его встречи с находящимся
на этом объекте близнецом-домоседом. Это и является физической сущностью мнимого
парадокса близнецов.
Результаты непосредственных
наблюдений
С учетом перепада координатного
времени полное стандартное (путиподобное собственное) время первого объекта, наблюдаемое
близнецом-путешественником, будет таким же как и в СО первого объекта. Наличие перепада
собственного времени первого объекта («наблюдаемого» близнецом-путешественником
опосредствованно через две его ИСО) отнюдь не означает, что информация о событиях,
произошедших на первом объекте между точками B1 и B2, не поступает на второй объект.
В момент изменения направления движения второго объекта к нему поступает информация
о событии, произошедшем на первом объекте в тот момент времени, когда он находился
в точке E.
Сразу же после изменения
направления движения второго объекта изменится и наблюдаемое близнецом-путешественником
смещение спектра излучения первого объекта. Это может привести к ложному заключению
этим близнецом, что первый объект удалялся от него лишь в течение меньшего времени,
чем на самом деле, и уже приближается к нему в течение некоторого времени. И, следовательно,
промежутки собственного времени первого объекта, соответствующие взаимному сближению
и удалению объектов, будут рассматриваться близнецом-путешественником как имеющие
иные значения, нежели наблюдаемые в СО первого объекта близнецом-домоседом. Однако
это несоответствие вполне объяснимо неверностью определения (сделанного из ложной
предпосылки об изменении направления движения не вторым, а первым объектом) близнецом-путешественником
момента прекращения удаления и начала сближения объектов по часам первого объекта.
Несмотря на это суммарное значение собственного времени первого объекта, наблюдаемое
близнецом-путешественником, будет таким же каким оно наблюдается и в СО первого
объекта близнецом-домоседом. А это значит, что на второй объект поступает информация
обо всех событиях, произошедших на первом объекте. Из-за движения второго объекта
в прямом и в обратном направлениях с разными абсолютными скоростями сокращение расстояний
между объектами до и после изменения его движения будут наблюдаться близнецом-путешественником
неодинаковыми. При этом изменение расстояния до точки E вследствие неодинакового
релятивистского сокращения размеров может привести к взаимному псевдоналожению мнимых
промежутков времени взаимного сближения и удаления объектов по часам близнеца-путешественника,
отсчитывающим стандартное (путиподобное) время. Это взаимное псевдоналожение промежутков
времени обусловлено удалением первого объекта из положения с координатой xE1 в положение
с координатой xE2 со скоростью большей скорости света в точке наблюдения. И как
бы плавно не происходил переход от V1 к V2, при таком «наблюдении» (опосредствовано
через две ИСО) будет иметь место как бы «течение времени вспять», связанное с переходом
второго объекта и находящегося на нем близнеца-путешественника из одной ИСО в другую.
Непосредственное же наблюдение, как было показано ранее, этого не обнаруживает.
Данный псевдоэффект связан с расчетом значений промежутков времени взаимного сближения
и удаления объектов, исходя из предположения об одинаковости несобственных (координатных
[3]) значений скорости света (vc = 1) во всем собственном пространстве второго объекта,
движущегося не инерциально в процессе перехода от равномерного движения со скоростью
V1 к равномерному движению со скоростью V2. На самом же деле, это предположение
ложно. Несобственные значения скорости света в точках нахождения первого объекта
в процессе его перемещения с расстояния xE1 на расстояние xE2 не могут быть меньше
скоростей перемещения первого объекта в СО второго объекта. А ведь эти скорости
значительно превышают скорость света в точке наблюдения смещения спектра излучения,
что имеет место из-за чрезвычайно быстрого изменения в СО второго объекта релятивистского
сокращения расстояния до первого объекта.
При учете изменения
несобственного значения скорости света в собственном пространстве второго объекта
в процессе его неинерциального движения рассмотренное здесь наложение времен в СО
второго объекта наблюдаться не будет. Стандартное время, определенное в этой СО
по количеству цугов волн, пришедших от источника стандартного излучения первого
объекта, будет совпадать с его значением, определяемым по покоящимся на первом объекте
часам.
Выводы
Физическая сущность
мнимого парадокса близнецов (парадигмы часов) заключается в игнорировании необходимости
перерасчета временных координат событий при переходе из одной ИСО в другую. Во избежание
подобных парадигм необходимо также учитывать, что несобственные (координатные) значения
скорости света [3] в СО ускоренно движущихся объектов могут сколь угодно превышать
собственное значение скорости света, являющееся калибровочно неизменной величиной
[1]. |