|
Teoria względności
|
Paradoks bliźniątZjawisko wydłużania się czasu obserwowanego w obiekcie poruszającym się prowadzi do ciekawych problemów interpretacyjnych. Najbardziej znanym jest paradoks bliźniąt. Wyobraźmy sobie, że dwóch braci bliźniaków urodziło się w epoce lotów kosmicznych. Jeden z nich był mniej zaradny i został nauczycielem, więc klepał przez całe życie biedę w jakiejś szkole użerając się z coraz bardziej niesforną młodzieżą. Drugi brat w czasie rozwoju płodowego był położony bliżej źródeł pokarmu i w związku z tym lepiej się rozwijał pod wieloma względami, a ostatecznie urodził rzutki, dynamiczny, przebojowy. Dzięki tym cechom charakteru dostał się do programu lotów kosmicznych i poleciał na oddaloną o 10 lat świetlnych gwiazdę. Posiedział tam z roczek (może dwa) i wrócił z powrotem na Ziemię, gdzie został owacyjnie powitany przez społeczeństwo świata. Teraz do opowieści należy dołączyć wiedzę wynikającą z teorii względności. Ponieważ brat kosmonauta poruszał się z prędkościami bliskimi prędkości światła, to oczywiście jego czas płynął wolniej niż czas brata na Ziemi (patrz dylatacja czasu). W efekcie po powrocie okazuje się, że choć brat nauczyciel jest 70 letnim staruszkiem z trudem dorabiającym do kiepskiej emerytury, to kosmonauta wysiada z rakiety młody (jakieś 40 lat) i pełen werwy. Bo skoro czas w jego układzie płynął wolniej, to on musi być młodszy. Świetnie! – mamy już paradoks – niby są bliźniacy, a jak się nierówno zestarzeli! – wykrzyknie typowy czytelnik czasopism kobiecych, sportowych i motoryzacyjnych. A ja na to: Paradoks zacznie się dopiero wtedy, gdy uświadomimy sobie, że przenosząc nasz układ odniesienia do rakiety (a przecież mówiliśmy, że żaden układ odniesienia nie jest wyróżniony), to brat nauczyciel leci sobie przez wszechświat oddalając się od rakiety na wielkim pojeździe kosmicznym zwanym Ziemia. I z tego punktu widzenia patrząc, to właśnie on powinien zestarzeć się wolniej! – przynajmniej dla brata w rakiecie. Kto więc będzie na końcu stary, a kto młody – kosmonauta, czy nauczyciel? Bo przecież nie ma wyróżnionych układów odniesienia i wśród bliźniaków też powinno być równouprawnienie. Może to więc jednak nauczyciel jest młodszy od brata kosmonauty? Paradoks wreszcie jest, bo absolutnie nie widać powodu dla którego tylko jeden z braci miałby okazać się lepszym w tym wyścigu po młodość. Rozwiązanie paradoksu bliźniątJak uczą w podręcznikach, rozwiązanie paradoksu bliźniąt istnieje tylko w oparciu o ogólną teorię względności. Bo okazuje się, że istnieje istotna różnica między oboma braćmi, która powoduje, że układ odniesienia brata w rakiecie jednak jest wyróżniony. Brat, który pozostaje na Ziemi nie podlega działaniu silnych przyspieszeń, a brat kosmonauta musi się najpierw rozpędzić, potem lecieć długo ruchem jednostajnym, a potem znowu zahamować (u celu podróży). Podczas powrotu sytuacja się powtarza, bo znowu mamy sekwencję: rozpędzanie, lot, hamowanie. Ponieważ zaś przyspieszenia rakiety powodują, że układ z nią związany staje się układem nieinercjalnym, to szczególna teoria względności się do tego przypadku nie stosuje. Po odwołaniu się do ogólnej teorii względności, która zajmuje się sytuacjami zachodzącymi także w układach nieinercjalnych - paradoks znika. I jak głosi gminna wieść wśród fizyków, ta różnica układów odniesienia powoduje, że brat kosmonauta rzeczywiście będzie młodszy.
|
