Pytanie:
Twins Paradox: dlaczego jedna klatka jest uważana za przyspieszającą
ajax2112
2020-05-21 16:11:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zacznę od stwierdzenia, że rozumiem matematykę stojącą za paradoksem bliźniaków i jak go rozwiązać.Rozumiem, że z powodu przyspieszenia jednego z bliźniaków czas od ich subiektywnego doświadczenia jest wolniejszy i zrobiłem matematykę, aby to zweryfikować.Oto mój problem: dlaczego jeden bliźniak przyspiesza, a drugi nie?Z perspektywy bliźniaka opuszczającego Ziemię, jego bliźniak na Ziemi przyspiesza i jest całkowicie nieruchomy.Stąd, rysując diagram czasoprzestrzenny z perspektywy bliźniaka opuszczającego ziemię (więc ich przemieszczenie zawsze wynosi 0), przy tych samych obliczeniach mogę otrzymać odwrotny wynik.Dlaczego rama jednego bliźniaka jest ważniejsza niż druga i jak można powiedzieć, że jeden przyspiesza, a drugi nie?

Komentarze nie służą do rozszerzonej dyskusji;ta rozmowa została [przeniesiona do czatu] (https://chat.stackexchange.com/rooms/108356/discussion-on-question-by-ajax2112-twins-paradox-why-is-one-frame-considered-t).
Widzę, że to pytanie przyciągnęło wiele wspaniałych odpowiedzi i opinii;i nie narzekam ani nic :), ale czy to nie to samo co moje pytanie: https://physics.stackexchange.com/questions/527902/is-motion-really-relative
@DeepakMS Twoje pytanie dotyczy źródła tego pytania (jaśniej;)), ale to nie jest duplikat IMO.Kiedyś zadałem podobne pytanie, połączę je z Twoim postem, ponieważ jest tam bardziej istotne niż tutaj.
Dziewięć odpowiedzi:
Dvij D.C.
2020-05-21 16:47:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

To dobre pytanie. Prowadzisz teorię względności do jej „logicznego” wniosku i stosujesz ideę, że „każdy ruch jest względny”, aby uwzględnić również przyspieszony ruch względny. Otóż, chociaż jest oczywiście poprawne, że każdy ruch jest względny, zasada względności jest o wiele silniejszym stwierdzeniem. Mówi, że prawa fizyki pozostają takie same we wszystkich ramkach inercjalnych . Otóż, jeśli jedna klatka jest inercyjna, to ramka przyspieszająca względem niej nie będzie klatką inercyjną. Tak więc prawa fizyki nie pozostają niezmienne, jeśli przejdziesz do klatki przyspieszającej względem układu inercjalnego. Tak więc tylko jedno z bliźniaków może twierdzić, że znajduje się w układzie inercyjnym. Tak więc, zakładając, że obaj bliźniacy byli na początku w układzie inercjalnym, można wykazać, że bliźniak lecący rakietą nie znajduje się już w układzie inercyjnym. Innymi słowy, nie ma sensu zadawanie pytania, kto naprawdę się porusza, ale warto zadać pytanie, kto naprawdę przyspiesza (a mianowicie ten, który jest przyspieszany względem układu inercyjnego). . Nie zrozum mnie źle, możesz obsługiwać przyspieszone klatki w szczególnej teorii względności, ale prawa fizyki nie będą wyglądać tak samo w przyspieszonych klatkach, jak we wszystkich inercyjnych klatkach.

Generalnie pojawia się pytanie: jak zdecydować, która rama jest ramą inercyjną? Cóż, odpowiedź jest eksperymentalna. Bliźniak, który wyrzuca wolne cząstki i obserwuje, jak poruszają się ze stałą prędkością, jest tym, który posiada układ inercjalny. Ogólnie rzecz biorąc, odpowiedź na to pytanie jest bardziej satysfakcjonująca. Mówi, że obserwator, który swobodnie spada, znajduje się w układzie inercjalnym. Zobacz, zasada równoważności.

Jednostka względności Moore'a w swoim wstępnym podręczniku * Sześć idei, które kształtowały fizykę * (zobacz także jego wcześniejszą książkę * Podróżny przewodnik po czasoprzestrzeni *, obecnie wyczerpany) mówi o „Pierwszych wykrywaczach prawa”, które emitują sygnał dźwiękowy, jeśli nie jesteś w stanie bezwładnościrama.To dobre wprowadzenie pedagogiczne do idei bezwładnościowego układu odniesienia.
@MichaelSeifert Ach, ciekawe.Zawsze kochaj teksty, w których pierwsze prawo nie jest oczywiste.Dzięki za polecenie: D.
Nit: Myślę, że masz na myśli „zasada względności jest * słabsza *”.Wzmocnienie wymagań co do czegoś osłabia samą rzecz, ponieważ jest mniej przydatna.Na przykład.wymóg „jest wtorek” jest silniejszy niż „to jest dzień”, więc mandat „jeśli jest wtorek, wychodzenie na zewnątrz jest nielegalne” jest * słabszy * niż „jeśli jest jakikolwiek dzień, wyjazd jest nielegalnyna zewnątrz".Podobnie, „jeśli układy X, Y są inercyjne, prawa fizyki są w nich takie same” jest znacznie słabsze niż „dla dowolnych ramek X, Y prawa fizyki są w nich takie same”.
@HTNW Zgadzam się z twoim opisem słaby / silny, ale nie powiedziałem, że zasada względności jest silniejszym stwierdzeniem niż „prawa fizyki są takie same we wszystkich ramach”.Powiedziałem, że jest to mocniejsze stwierdzenie niż „każdy ruch jest względny”.Każdy ruch jest względny, jest ważny, ale nie mówi nic o tym, jak zmieniają się prawa, podczas gdy zasada względności mówi o nim pozytywnie (w ten sposób czyniąc siebie mocniejszym stwierdzeniem).To ma sens?
Uwaga dotycząca swobodnego spadania jest interesująca.Czy możesz dodać akapit o tym, że jeden z braci jest na powierzchni Ziemi przy 1 g, a drugi przyspiesza międzygwiezdny tam iz powrotem przy 1 g?
Czy to oznacza, że wszystkie orbity są ramami inercyjnymi?
@ErburethsaysReinstateMonica Tak, to prawda.Jak myślisz, dlaczego inaczej nie odczuwamy dużych pseudo sił (biorąc pod uwagę, że Ziemia porusza się wokół Słońca, a Słońce wokół centrum galaktyki, powinniśmy wziąć pod uwagę wiele arbitralnych pseudo sił, jeśli cały ten obrótfaktycznie znajdował się w ramkach nieinercyjnych);)
@DvijD.C.Tylko tyle, że w fizyce klasycznej wszystkie układy inercyjne są w ruchu prostoliniowym względem siebie, co oczywiście nie ma zastosowania do obiektów na różnych orbitach - powiedzmy, że ISS i satelita geostacjonarny.
@ErburethsaysReinstateMonica Tak, masz rację.Grawitacja uniemożliwia znalezienie globalnych inercjalnych układów odniesienia.Tak więc we wszechświecie, w którym istnieje grawitacja, można mówić tylko o lokalnych układach inercjalnych (a lokalne układy inercyjne poruszają się ze stałą prędkością względem siebie).Księżyc i ISS są _lokalnie_ inercyjnymi obserwatorami, więc żaden z nich nie ma prawa powiedzieć, że drugi nie ma racji przyspieszając w.r.t.ponieważ ich bezwładność po prostu nie wykracza poza ich własne otoczenie.
co jeśli oboje bliźniacy są w podróży i kiedy mijają Ziemię, uruchamiają zegary, bliźniak Ziemi naciska hamulec i czeka na Ziemi, gdy kosmiczny bliźniak kontynuuje podróż do Alfa-C, zanim wróci do domu.Kosmiczny bliźniak * jest * bezwładny, a bliźniak Ziemi nie.
@JEB, kosmiczny bliźniak staje się nieinercyjny, gdy wykonuje ruch wokół Alfy C.
Alfred Centauri
2020-05-21 17:52:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Z perspektywy bliźniaka opuszczającego Ziemię, ich bliźniak na ziemi jest ten przyspiesza i jest całkowicie nieruchomy.

Ale akcelerometry dołączone do każdego bliźniaka odczytują niezmienne właściwe przyspieszenie. Tak więc wszyscy obserwatorzy zgadzają się, że akcelerometr na bliźniaku opuszczającym Ziemię wykazuje niezerowe przyspieszenie podczas podróży, tj. Że światowa linia tego bliźniaka nie jest geodezyjną pomiędzy dwa zdarzenia i że akcelerometr drugiego bliźniaka wskazuje zero.

Podróżująca bliźniaczka musiałaby wywołać (nagłe) pojawienie się (jednolitego) pola grawitacyjnego, w którym jest nieruchoma (i w którym drugi bliźniak swobodnie spada), aby uwzględnić niezerowy odczyt na jej akcelerometrze ( i zero po drugiej).


Zaktualizuj, aby zaadresować (i zachować) komentarz:

Ale co mierzy akcelerometr? Czym jest przyspieszenie, jeśli nie zmiana prędkości z perspektywy stacjonarnego odniesienia?

To, co opisujesz, to przyspieszenie współrzędnych, które jest zależne od obserwatora. Spójrz na powyższy link dotyczący właściwego przyspieszenia, które jest niezależne od obserwatora.

Oto przykład różnicy: w SR obiekt może mieć stałe właściwe przyspieszenie, ale nigdy nie może mieć stałego przyspieszenia współrzędnych, w przeciwnym razie ostatecznie przekroczyłby prędkość c w tym (bezwładnościowym) układzie współrzędnych.

Wszyscy obserwatorzy zgodziliby się, że obiekt ma stałe właściwe przyspieszenie (wszyscy mogą odczytać akcelerometr przymocowany do obiektu), ale nie zgodziliby się co do przyspieszenia współrzędnych obiektu.

Ale co mierzy akcelerometr?Czym jest przyspieszenie, jeśli nie zmiana prędkości z perspektywy stacjonarnego odniesienia?
@ajax2112, to, co opisujesz, to * współrzędna * przyspieszenie, które jest * zależne * od obserwatora.Czy spojrzałeś na powiązany artykuł o * właściwym * przyspieszeniu, które jest niezależne od obserwatora?Na przykład w SR obiekt może mieć stałe przyspieszenie właściwe, ale nigdy nie może mieć stałego przyspieszenia współrzędnych (w przeciwnym razie ostatecznie przekroczyłby prędkość $ c $ w tym (inercjalnym) układzie współrzędnych. Wszyscy obserwatorzy zgodziliby się, że obiekt ma stałą właściwąprzyspieszenie (wszyscy mogą odczytać akcelerometr przymocowany do obiektu, ale nie zgadzają się co do współrzędnych przyspieszenia obiektu.
@ajax2112 "Ale co to za pomiar akcelerometru?"Może to być [przemieszczenie masy na sprężynie] (https://en.wikipedia.org/wiki/Accelerometer#Structure).
„akcelerometry dołączone do każdego bliźniaka odczytują niezmienne przyspieszenie właściwe” Jak to zrobić, jeśli przyspieszasz pod wpływem grawitacji?Na przykład, jeśli jeden bliźniak wpada do czarnej dziury.
@hdhondt - Paradoks bliźniaków to kwestia szczególnej teorii względności.„Specjalny” w szczególnej teorii względności oznacza „wolny od grawitacji”.Dodanie planet (gdzie grawitacja jest mała) krążących wokół małych gwiazd (gdzie grawitacja jest znowu mała) do paradoksu bliźniąt służy celom ilustracyjnym.Chociaż szczególna teoria względności nie ma dokładnego zastosowania w tej sytuacji, odchylenie jest niewielkie.Oznacza to, że użycie szczególnej teorii względności pozostaje bardzo bliskie poprawności - o ile nie zakłada się, że jedno z bliźniaków krąży wokół czarnej dziury.
@hdhondt, obiekt spadający swobodnie ma przyspieszenie współrzędnych, ale nie przyspieszenie właściwe, co oznacza, że linia świata obiektu jest geodezyjną czasoprzestrzenią.Z artykułu „Właściwe przyspieszenie”, do którego nawiązałem w mojej odpowiedzi: * „Jeśli ziemia zostanie usunięta, a obserwatorowi pozwolimy na swobodny spadek, obserwator doświadczy przyspieszenia współrzędnych, ale nie będzie odpowiedniego przyspieszenia, a zatem nie będzie siły g”.*
robphy
2020-05-21 20:51:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jak podano w innych poprzednich odpowiedziach,
akcelerometr lub po prostu kula na pozbawionej tarcia powierzchni statku może odróżnić bliźniaka inercyjnego od bliźniaka bezwładnościowego.

"Być w stanie spoczynku" $ \ neq $ "Być inercyjnym" .

Aby pełniej „opracować matematykę i fizykę” za pomocą spacetime diagrams ....

Chociaż każdy obserwator może narysować diagram (próbny diagram czasoprzestrzeni) tak, że jest w spoczynku, nie oznacza to, że jest bezwładny. W rzeczywistości diagram czasoprzestrzeni narysowany przez obserwatora nieinercyjnego nie jest równoważny diagramowi czasoprzestrzeni narysowanemu przez obserwatora inercyjnego ...
rzeczywiście,

  • brak transformacji Lorentza diagramu czasoprzestrzeni układu inercjalnego
    może wyprostować załamanie w nieinercyjnej linii świata
  • brak transformacji Lorentza diagramu czasoprzestrzeni układu inercjalnego
    może uzyskać nieregularności próbnego diagramu czasoprzestrzeni nieinercjalnych ramek (jak opisano poniżej)

Rozważmy te bliźniaki: inercyjne OPZ i nieinercyjne OQZ.
(Chociaż OQ i QZ są oddzielnie inercyjne [geodezyjne],
odcinkowo-inercyjny bliźniaczy OQZ jest nieinercyjny (niegeodezyjny, [gdzieś-] przyspieszony).)

Celowo wybrałem asymetryczną podróż dla podróżnika.
Jednak wybrałem wartości, aby obliczenia można było wykonać z ułamkami.

Narysowałem to na "obróconym papierze milimetrowym" , aby zaznaczenia były lepiej widoczne.
Kleszcze są wyznaczane przez "diamenty zegara świetlnego" , których powierzchnia jest niezmienna, w wyniku transformacji Lorentza.

RRGP-robphy-asymmetricTwins-OZ

Uwaga na powyższym diagramie dla bliźniaczego inercyjnego OPZ można podzielić na dwie części,
z użyciem jednoczesności według OP i według PZ:
inercyjne OP i inercyjne PZ, a następnie połączone razem.


Próba narysowania nieinercyjnego „diagramu czasoprzestrzeni” OQZ

Teraz ...
W jaki sposób nieinercyjny bliźniak OQZ próbowałby skonstruować diagram czasoprzestrzeni?
inercyjne OQ i inercyjne QZ, a następnie połączone razem ??

Najpierw narysuję QZ, potem OQ,
po którym następuje splot przy użyciu jednoczesności zgodnie z QZ i zgodnie z OQ:
RRGP-robphy-asymmetricTwins-QZ RRGP-robphy-asymmetricTwins-OQ
(dla wersji pełnowymiarowych: ZQ OQ)

Teraz połączę dwa diagramy
nieinercyjny splot OQZ:
RRGP-robphy-asymmetricTwins-OQZ-splice

On ​​nieinercyjna próba OQZ na „diagramie czasoprzestrzeni”

  • Zwróć uwagę, że wydarzenie X pojawia się dwukrotnie! (W rzeczywistości każde zdarzenie w zielonym regionie pojawia się dwukrotnie.)
  • Zwróć uwagę, że obserwator inercyjny OPZ ma nieciągłą linię świata ... w rzeczywistości brakuje zdarzenia P!
  • diagram nieinercjalnego-OQZ nie może zostać uzyskany przez transformację Lorentza diagramu czasoprzestrzeni inercjalnego-OPZ
  • noninertial-OQZ nie jest równoważne z inercyjnym-OPZ

Ponownie, "Będąc w stanie spoczynku" $ \ neq $ "Będąc inercyjnym" .


Oto diagramy obok siebie

RRGP-robphy-asymmetricTwins-OZ RRGP-robphy-asymmetricTwins-OQZ-splice

Chociaż zawsze jestem podekscytowany, widząc w odpowiedzi wykres czasoprzestrzeni, martwię się, że może być ich zbyt wiele.Mówiąc tylko za siebie, tę odpowiedź można by uporządkować, aby była bardziej czytelna.Dobrym początkiem byłoby pozostawienie diagramów małych (i jednakowych rozmiarów) w odpowiedzi z, jeśli to konieczne, linkiem do większej wersji.
Dzięki.Dążę do czytelności i przejrzystości.Niestety, potrzebne były większe diagramy, aby pokazać wyrównane ramki podróżne w siatce o jednakowych rozmiarach.Rozmiar nieinercyjnego diagramu czasoprzestrzeni Frankensteina został wybrany w celu przybliżenia pierwotnie podanego diagramu ramy laboratoryjnej.Diagramy na końcu zostały zmniejszone, aby były wyświetlane obok siebie (ponieważ domyślne rozmiary nie prowadziły do układu obok siebie).Nie sądzę, aby którykolwiek z tych diagramów mógł zostać pominięty.
Urb
2020-05-21 16:44:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ponieważ znasz matematykę tego procesu, przejdę do perspektywy fizycznej.

Bliźniak, który pozostaje na Ziemi, nie odczuwa żadnego przyspieszenia podczas tego procesu, po prostu siedzi, powiedzmy, na krześle.

Jednak drugi bliźniak wsiada do statku kosmicznego i musi przyspieszyć, aby uzyskać określoną prędkość, czuje przyspieszenie podczas startu.Dlatego bliźniak, który opuszcza, nie jest w tym czasie bezwładny.

Podczas rysowania diagramu czasoprzestrzeni z perspektywy bliźniaka, który pozostaje, jeśli narysujesz linię świata bliźniaka, która pozostawia jako dwie proste linie, nie jest to do końca prawdą.

Z punktu widzenia bliźniaka, który odchodzi, po prostu nie powinniśmy opisywać procesu z tego układu, ponieważ nie jest on przez cały czas inercyjny, a szczególna teoria względności ogranicza cię do opisywania fizyki z inercjalnych układów odniesienia.

Urb, zredagowałem Twoją odpowiedź (dodając spacje), aby była dla mnie bardziej czytelna.Jeśli nie jesteś z tego zadowolony, cofnij zmianę.
Dziękuję Ci.Tak, był trochę zagracony
user265283
2020-05-23 01:40:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wszystkie poprzednie odpowiedzi próbują skupić się na udowodnieniu, że jedna klatka jest inercyjna, a druga nie. Nie o to tu chodzi, ponieważ prawie całą podróż można odbyć bez przyspieszania ze stałą prędkością, a fazy przyspieszania są tak krótkie, że ich wpływ na zegar jest znikomy.

Podczas rozdzielania się bliźniaków sytuacja jest całkowicie symetryczna, a ich zegary, widziane ze środkowego punktu obydwu jako ramy spoczynkowe, pokazują równy postęp. Ale kiedy jedno z bliźniaków decyduje się na powrót, punkt środkowy między bliźniakami (który ostatecznie kończy się spotkaniem z oboma bliźniakami) przyjmuje inną ramę bezwładności z inną koncepcją równoczesności. Podczas gdy oba bliźniaki poruszają się w jej kierunku z równą prędkością, a zatem ich zegary również wydają się działać z tą samą prędkością, w tym układzie odniesienia oznaczającym ich środkowy punkt po wykonaniu zwrotu, zegary do tego momentu nie działały prędkość. Trzymał się bliżej stacjonarnego bliźniaka i swojego czasu, a zegar podróżnika wydawał się wolniejszy z tego punktu widokowego.

Zatem z punktu obserwacyjnego punktu środkowego, który miał nadejść, zawsze zegar podróżnika był powolny, podczas gdy z punktu widzenia środkowego punktu wyjścia oba zegary działały z tą samą prędkością. Jednak ramka bezwładności środkowego punktu wyjścia będzie daleko, zanim bliźniaki ponownie się spotkają, a kiedy podróżujący bliźniak się odwrócił, jego zegar zaczął wyglądać znacznie wolniej z tej perspektywy punkt.

W każdym razie: przyspieszenie spowalnia zegary (jak satelity na orbitach, a tym samym pod stałym przyspieszeniem), ale wpływ na paradoks bliźniaczy można utrzymać na minimalnym poziomie, utrzymując krótkie fazy przyspieszania.

Prawdziwa różnica wynika ze zmiany ram odniesienia dla podróżującego bliźniaka, a te różne układy odniesienia mają różne pojęcia równoczesności, co oznacza, że wymagana zmiana widzenia (aby móc dołączyć do spotkania obu bliźniaków) wiąże się zzmiana zegara.Podobnie jak zmiana strefy czasowej w zegarku kieszonkowym, tak naprawdę nie ma znaczenia, kiedy ustawiasz zegar w samolocie.Musisz to zrobić przed przyjazdem.

Cuspy Code
2020-05-21 22:19:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mówienie o bliźniakach i przyspieszeniu tylko utrudnia zrozumienie problemu. Moim zdaniem bardziej pouczające jest rozważenie trzech trójek, z których każda ma własną ramkę inercjalną:

• Linia świata trioli 1 przecina wydarzenie A i wydarzenie B.

• Linia świata trioli 2 przecina wydarzenie A i wydarzenie C.

• Linia świata trójki 3 przecina wydarzenie C i wydarzenie B.

Zwróć uwagę, że nie występują żadne przyspieszenia. Za każdym razem, gdy linie świata dwóch trojaczków przecinają się, wymieniają ze sobą czasy zegarowe. Umożliwia to obliczenie właściwych czasów pomiędzy:

• Zdarzenia A i B dla trypletu 1. Nazwij to $ \ Delta \ tau_ {AB} $ .

• Zdarzenia A i C dla trojaczki 2. Nazwij to $ \ Delta \ tau_ {AC} $ .

• Zdarzenia C i B dla trojaczki 3. Nazwij to $ \ Delta \ tau_ {CB} $ .

Rozważmy teraz nierówność trójkątów, która jest dobrze znanym twierdzeniem geometrii euklidesowej, mówiącym, że suma dwóch boków trójkąta jest większa niż trzeciego boku. Ta nierówność jest odwrócona w przestrzeni Minkowskiego, ponieważ metryka Minkowskiego nie jest dodatnia, więc zawsze mamy $ || \ mathbf {AC} + \ mathbf {CB} || = || \ mathbf {AB} || \ ge || \ mathbf {AC} || + || \ mathbf {CB} || $ . Dla naszych trojaczków oznacza to, że $ \ Delta \ tau_ {AB} \ ge \ Delta \ tau_ {AC} + \ Delta \ tau_ {CB} $ i zachodzi równość tylko wtedy, gdy $ \ mathbf {AC} $ i $ \ mathbf {CB} $ są równoległymi 4-wektorami .

Teraz, jeśli przeniesiemy to na przypadek dwóch bliźniaków, gdzie pierwszy bliźniak porusza się tak jak triplet 1, a drugi bliźniak najpierw przyspiesza, aby dopasować triplet 2, następnie ponownie przyspiesza, aby dopasować triplet 3, a następnie przyspiesza, aby dopasowaćponownie triplet 1, łatwo zauważyć, że przyspieszone części drugiej linii świata bliźniaka są po prostu nieistotnymi szczegółami, które tylko utrudniają prawidłowe obliczenia czasu, bez dodawania wglądu.

FWIW, to jest, jak sądzę, prawdziwe stwierdzenie (w kontekście SR): * Największy czas, jaki upłynął między dwoma zdarzeniami, zarejestrowany przez dowolny zegar z linią świata przechodzącą przez te zdarzenia, jest rejestrowany przez ten jeden zegar, który jest inercyjny,tj. bez przyspieszenia zgodnie z akcelerometrem dołączonym do zegara. *
@Alfred Centauri Tak, prawdopodobnie można to dość łatwo udowodnić dla wszystkich gładkich linii świata (w SR) i jestem całkiem pewien, że niegładkie linie świata są niefizyczne, więc zgadzam się, że to prawda.
To niesprawiedliwe, ponieważ w czterowymiarowej przestrzeni Minkowskiego (M4) nie ma paradoksu.Problem polega na tym, że samo M4 jest paradoksalne dla tych z intuicją E3 + 1, aw tej wersji paradoksu wciąż masz problem 3 + 1, że kiedy triplet 2 przenosi swój czas na tryplet 3, nie zgadzają się co do wieku tripletu 1 o $\ frac {2L} v (1-1 / \ gamma ^ 2) $.Jak to możliwe, że dwa zupełnie różne czasy na Ziemi w tym samym odległym wydarzeniu?
@JEB, Myślałem o tym wczoraj podczas spaceru.Wracając do bliźniaków (lub lepiej, dwóch identycznych zegarów), nagłe przyspieszenie wymagane, aby zegar podróżny wyskoczył z wychodzącego IFR (triplet 2 IFR) do wchodzącego IFR (triplet 3 IFR) nie zmienia czasu na tym.zegar lub tempo, w jakim tyka (zgodnie z bezwładnością zegara domowego).Jednak, jak (myślę), zauważyłeś, nagła zmiana linii równoczesności oznacza, że zegar podróżujący obserwuje (nie widzi) nagły skok do przodu odczytu czasu na zegarze bezwładnościowym.
@JEB Wyrażenie $ \ gamma vx / c ^ 2 $ (w transformacji Lorentza z $ t $) ma przeciwne znaki dla trypletu 2 i trypletu 3, więc nigdy nie uzgodnią czasu koordynowania odległego zdarzenia (tj. Zdarzeniaz $ x \ neq 0 $).
@CuspyCode Wiem, i to jest paradoks.
Quantum Crypt
2020-05-23 05:53:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Spróbujmy odpowiedzieć na to pytanie w prosty sposób, używając tutaj argumentów fizycznych. Po pierwsze, co rozumie się przez Symmetry, a odpowiedź leży w fakcie, że układ fizyczny jest niezmienny po pewnej transformacji, co prowadzi nas do stwierdzenia, że ​​sam system jest symetryczny w tej konkretnej transformacji. Drugą ważną rzeczą, którą musielibyśmy tutaj rozważyć, jest to, w jaki sposób moglibyśmy rozpoznać lub sam system rozpoznałby, że symetria jest zerwana.

W tym celu rozważmy ferromagnes i nas jako istoty żyjące wewnątrz tego ferromagnesu. Początkowo moglibyśmy wywnioskować, że świat zewnętrzny jest symetryczny obrotowo, ponieważ nie ma preferowanego kierunku dla małych dipoli wewnątrz ferromagnesu. Tak więc system jest początkowo niezmienny rotacyjnie. Ale wtedy jakaś istota z zewnątrz przykłada zewnętrzne pole magnetyczne w określonym kierunku, wszystkie dipole w każdej domenie zaczynają ustawiać się w kierunku pola w taki sposób, aby było ono energetycznie minimalne. My, jako istoty wewnątrz ferromagnesu, przeprowadzając teraz eksperymenty, doszlibyśmy do wniosku, że system jest niezmienny rotacyjnie, ponieważ jest wyraźnie preferowany kierunek. Tak więc my, jako istoty (jeśli jesteśmy wystarczająco sprytni), doszlibyśmy do wniosku, że może istnieć zewnętrzne pole magnetyczne wpływające na preferowany kierunek, który złamałby symetrię (odkładając na bok subtelności spontanicznego łamania symetrii).

Wróćmy teraz do rozważanego pytania. Powiedzmy, że statek kosmiczny bliźniaka, który opuścił planetę, jest analogiczny do małego ferromagnesu, który rozważaliśmy powyżej i przyjmijmy perspektywę bliźniaka wewnątrz tego statku kosmicznego. A symetria, którą tutaj rozważamy, to same prawa fizyczne, że bez względu na to, na jaką układ inercjalny się przełączymy, prawa fizyki pozostają takie same. Tak więc, jako istoty w tym statku kosmicznym, obmyślamy teraz sposób sprawdzenia tej symetrii. Test wygląda następująco. Bierzemy piłkę, trzymamy ją na podłodze obok nas i początkowo widzimy, że w piłce nie ma ruchu. Tak więc dochodzimy do wniosku, że prawa fizyki są w pełni sprawne, bez ruchu, więc piłka jest również nieruchoma względem nas. Teraz robimy eksperyment ponownie, a potem piłka nagle porusza się do tyłu lub do przodu (w zależności od przyspieszenia lub spowolnienia i powiedzmy, że ten eksperyment jest wykonywany, gdy statek kosmiczny się obraca), a potem mówimy, och, to jest teraz interesujące, ponieważ piłka się poruszyła a to jest sprzeczne z prawem, więc dochodzimy do wniosku, że symetria badanych praw fizycznych jest złamana. Podobnie jak w poprzednim przypadku, w którym wywnioskowaliśmy, że może to być spowodowane jakimś zewnętrznym polem magnetycznym, tutaj wnioskujemy, że może to my jesteśmy w ruchu, a nawet przyspieszamy. Odczuwamy to w postaci złamanej symetrii. I za to odpowiada przyspieszenie. Ale teraz, gdybyśmy przeprowadzili ten sam eksperyment, będąc na planecie, kula pozostałaby nieruchoma przez cały czas i moglibyśmy doskonale dojść do wniosku, że prawa fizyki są tym, czego potrzebujemy. W tym układzie odniesienia nie ma żadnej złamanej symetrii.

Tak więc, teraz jasno widać, że ta asymetria została ustalona, ​​gdy w jednym układzie odniesienia zgłaszasz przesłanie wniosków, które wyraźnie różnią się od wniosków drugiego układu. Innymi słowy, układy odniesienia nie są równoważne, co oznacza, że ​​oba układy nie są już identyczne w stosunku do zmierzonych wielkości fizycznych, ponieważ same prawa manifestowały się inaczej w każdym układzie odniesienia.

To jest argument fizyczny, myślę, że byłby pomocny w lepszym zrozumieniu tej sytuacji i czuję, że głęboka intuicja na temat przyspieszenia, a nie tylko liczb, jest potrzebna, aby mieć głębsze zrozumienie tego, co się tutaj dzieje.

Punchline: Dwa systemy, które generalnie różniłyby się opisem praw fizyki w ich układzie odniesienia, różniłyby się zatem oczywiście mierzonymi wielkościami fizycznymi dołączonymi do tych układów odniesienia.

Mistake made: Twoja interpretacja przyspieszenia jest czysto matematyczna, ale chodzi o coś więcej niż tylko przesunięcie źródła w tym problemie, tak jak chcesz. Istnieje różnica w samych prawach fizycznych, które, jeśli mogę użyć, można nazwać układami odniesienia inercjalnymi i nieinercyjnymi. Tak więc, kiedy już jesteś częścią nieinercyjnej układu odniesienia, symetrii, którą zakładasz, że utrzymujesz przez proste przesunięcie początku, już nie ma, symetria jest naprawdę zerwana. Mówiąc dokładniej, jest wyraźnie przerywany przez przyspieszenie układu, co czyni go układem w ruchu rzeczywistym.

Mam nadzieję, że ta odpowiedź okaże się pomocna!

Lambda
2020-05-23 10:04:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

To nie przyspieszenie tworzy różnicę czasu.Przyspieszenie jest niezbędne do powstania różnicy ścieżek, ale przyspieszenie nie jest przyczyną różnicy czasu.Różnica czasu ma związek z różnicą ścieżek, które przeszli w czasoprzestrzeni.Ich przyspieszenia mogą być symetryczne, ale ich drogi przemierzane w czasoprzestrzeni nie są symetryczne.Gdybyś narysował ich ścieżki na wykresie czasoprzestrzeni, byłoby jasne, że jeden z bliźniaków przebył dłuższą drogę w czasoprzestrzeni i dlatego jego zegar działał wolniej niż jego bliźniak.

Nie chodzi o to, że przyspieszenie odgrywa znaczącą rolę w zachowaniu zegara podróżującego bliźniaka, chodzi o to, że przyspieszenie jest tym, co mówi nam, że nie możemy konsekwentnie używać właściwego układu podróżującego brata jako układu bezwładnościowego.Ten komentarz odnosi się do kilku innych odpowiedzi, które próbują wskazać, że przyspieszenie nie powoduje dużego wydłużenia czasu.
Lambda, wydaje mi się to bagatelizować rolę przyspieszenia * za bardzo *.Największy czas, jaki upłynął między dwoma zdarzeniami, odczytywany przez zegar z linią światową przechodzącą przez te zdarzenia, jest podawany przez zegar bezwładnościowy (nie przyspieszony).Wszystkie inne zegary, z inną linią świata przez te wydarzenia, będą odczytywać mniej czasu.Co mają ze sobą * wszystkie * inne zegary?To jest to: akcelerometr dołączony do zegara pokazuje przyspieszenie na pewnym lub całym odcinku linii świata między tymi zdarzeniami.W tym sensie * to * przyspieszenie tworzy różnicę czasu.
Na przykład bliźniak pozostający w domu * obserwuje *, że zegar podróżującego bliźniaka spóźnia się z jej zegarem podczas całej podróży.Podczas etapu wychodzącego podróżująca bliźniaczka obserwuje, że zegar jej bliźniaka jest za jej zegarem, ale i to jest kluczowe, tuż po zwrocie zegar jej bliźniaka jest * przed * jej - tak bardzo, że wyprzedza go przez cały czaspodróż powrotna, mimo że zegar jej bliźniaczki działa wolniej.Za przed zwrotem, przed zwrotem (przyspieszenie).Czy naprawdę można powiedzieć, że * „to nie przyspieszenie tworzy różnicę czasu” *?
Árpád Szendrei
2020-05-23 21:37:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pytasz, jak możemy stwierdzić, że rama podróżującego bliźniaka to ta, która przyspiesza i dlaczego nie jest to symetryczne z punktu widzenia tego bliźniaka?

Odpowiedź jest taka, że ​​zgodnie z licznymi eksperymentami, które przeprowadziliśmy i zbudowaliśmy wokół nich nasze teorie, SR / GR mówi nam, że prędkość jest względna, ale (właściwe) przyspieszenie jest absolutne.

W kontekście mechaniki Newtona jest prosta odpowiedź: prędkości nie są absolutne, ale różnice w prędkości są. Można więc stwierdzić, że przyspieszenie następuje jednoznacznie. W szczególnej teorii względności jest to nieco bardziej skomplikowane z powodu relatywistycznego dodawania prędkości, ale wszyscy obserwatorzy mogą jednoznacznie obliczyć „właściwe” przyspieszenie dla każdego obiektu, które jest przyspieszeniem w układzie chwilowego spoczynku tego obiektu. W rzeczywistości ta sama logika nadal działa w ogólnej teorii względności; przyspieszenie jest jednoznaczne nawet we wszechświecie bez materii.

Jeśli prędkość bezwzględna nie istnieje, jak możemy powiedzieć, że rakieta przyspiesza w pustej przestrzeni?

Jak możemy stwierdzić, że rama podróżującego bliźniaka to ta, która przyspiesza, a odpowiedzią jest zasada równoważności. Zasada równoważności mówi nam, że zgodnie z eksperymentami przyspieszenie może mieć taki sam wpływ na upływ czasu (składnik czasowy czterech wektorów), jak przebywanie w polu grawitacyjnym.

W ogólnej teorii względności zasadą równoważności jest równoważność masy grawitacyjnej i bezwładnej, a obserwacja Alberta Einsteina, że ​​siła grawitacji, jakiej doświadcza się lokalnie, stojąc na masywnym ciele (takim jak Ziemia) jest taka sama jako pseudo-siła doświadczana przez obserwatora w nieinercjalnym (przyspieszonym) układzie odniesienia.

https://en.wikipedia.org/wiki/Equivalence_principle

W twoim przypadku podróżujący bliźniak, obracający się w połowie drogi, będzie musiał przejść przyspieszenie / opóźnienie. Zjawisko to ma taki sam skutek, jak przebywanie w polu grawitacyjnym, czyli powoduje dylatację czasu. Trzeci obserwator będzie szczególnie w stanie stwierdzić, że podczas obrotu tykanie zegara podróżującego bliźniaka zwalnia (w stosunku do zegara obserwatora), podczas gdy drugi bliźniak na Ziemi nie wykaże tego samego efektu. To mówi obserwatorowi, że podróżujący bliźniak (w zmieniającym się polu grawitacyjnym lub) przyspiesza.

Teraz pytasz, jak to możliwe, że z ramy podróżującego bliźniaka drugi bliźniak na Ziemi nie wydaje się przyspieszać symetrycznie? Załóżmy, że nie ma innych obiektów we wszechświecie, z którymi można by porównać. W jaki sposób podróżujący bliźniak nadal będzie w stanie stwierdzić, że to nie drugi bliźniak na Ziemi przyspiesza? Dzieje się tak dlatego, że podróżujący bliźniak jest w stanie wyzwolić światła ostrzegawcze przy podobnej spójności czasowej. To, co podróżujący bliźniak zobaczy podczas nawrotu, to fakt, że zwolnione światła ostrzegawcze wydają się oddalać od siebie o różne odległości, a odległość ta wydaje się zmieniać podczas zawracania. Wydaje się, że lampy ostrzegawcze oddalają się od podróżującego bliźniaka z różną / zmieniającą się prędkością.

Kinematycznie tak. Jeśli chodzi o opisywanie pozycji obiektów, jest to równoważne stwierdzeniu, że „A przyspiesza od B”, a „B przyspiesza od A”. Jednak można zaobserwować, że wszechświat traktuje te dwie sytuacje inaczej. A i B mogą sprawdzić, czy wyczuwają sztuczną grawitację w swoim układzie odniesienia. Jeśli tak, to przyspiesza.

W jaki sposób przyspieszone ramki odniesienia są niesymetryczne?

Bardzo ważne jest, aby zrozumieć różnicę między przyspieszeniem właściwym a przyspieszeniem koordynacyjnym. Potrzebujesz odpowiedniego przyspieszenia, a to tylko w ramie podróżującego bliźniaka.

Wyobraź sobie statek kosmiczny, który przyspiesza ze stałym przyspieszeniem α zgodnie z akcelerometrem w statku kosmicznym.To jest właściwe przyspieszenie i jest ono stałe.

Wyjaśnienie, jak naprawdę nie możemy użyć metryki Rindlera na paradzie bliźniaków.i że naprawdę nie możesz prześcignąć światła

Czy nie powinno być "* SR / GR mówi nam, że prędkość jest względna, ale (właściwe) przyspieszenie jest absolutne *".Nie wydaje mi się, żebym był tu wybredny - wiele zamieszania wokół paradoksu bliźniąt wynika z braku rozróżnienia przyspieszenia współrzędnych od właściwego przyspieszenia.
@AlfredCentauri dziękuję, że zredagowałem.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 4.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...