Теория относительности. Учебное пособие. Розман Г.А. - 112 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

220
221
òî ïîêîëåíèå, êîòîðîå îñòàâèë íà Çåìëå ïðè íà÷àëå ïîëåòà, òàê
êàê íà Çåìëå ïðîéäåò íå îäèí äåñÿòîê (ñîòåí) ëåò. Ýòîò ïàðàäîêñ
íå ìîæåò áûòü ðàçðåøåí â ðàìêàõ ÑÒÎ, òàê êàê ðàññìàòðèâàåìûå
ÑÎ íå ðàâíîïðàâíû (êàê ýòî òðåáóåòñÿ â ÑÒÎ): êîñìè÷åñêèé
êîðàáëü íå ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ ÈÑÎ, òàê êàê äâèæåòñÿ íà
îòäåëüíûõ ó÷àñòêàõ òðàåêòîðèè íåðàâíîìåðíî.
Òîëüêî â ðàìêàõ ÎÒÎ ìû ìîæåì ïîíÿòü è îáúÿñíèòü
ïàðàäîêñ áëèçíåöîâ åñòåñòâåííûì îáðàçîì, îïèðàÿñü íà
ïîëîæåíèÿ OÒÎ. Âûøå ìû óæå êàñàëèñü ýòîé ïðîáëåìû,
óñòàíîâèâ óìåíüøåíèå òåìïà õîäà ÷àñîâ â äâèæóùåéñÿ ÍÑÎ (èëè
â ýêâèâàëåíòíîì ãðàâèòàöèîííîì ïîëå) (ñì. §8).
Ïóñòü äâà íàáëþäàòåëÿ - áëèçíåöà íàõîäÿòñÿ
ïåðâîíà÷àëüíî íà Çåìëå, êîòîðóþ ìû áóäåì ñ÷èòàòü
èíåðöèàëüíîé ÑÎ. Ïóñòü íàáëþäàòåëü À îñòàåòñÿ íà Çåìëå, à
âòîðîé íàáëþäàòåëü- áëèçíåö Â ñòàðòóåò íà êîñìè÷åñêîì
êîðàáëå, óëåòàåò â íåâåäîìûå ïðîñòîðû Êîñìîñà, ðàçâîðà÷èâàåò
ñâîé êîðàáëü è âîçâðàùàåòñÿ íà Çåìëþ. Åñëè äâèæåíèå â Êîñìîñå
è ìîæåò áûòü ðàâíîìåðíûì (ïðè âûêëþ÷åííûõ äâèãàòåëÿõ), òî
ïðè âçëåòå, ðàçâîðîòå è ïîñàäêå áëèçíåö Â èñïûòûâàåò
ïåðåãðóçêè, òàê êàê äâèæåòñÿ ñ óñêîðåíèåì. Ýòè íåðàâíîìåðíûå
äâèæåíèÿ êîñìîíàâòà Â ìîæíî óïîäîáèòü åãî ñîñòîÿíèþ â
íåêîòîðûõ ýêâèâàëåíòíûõ ãðàâèòàöèîííûõ ïîëÿõ. Íî â §8 áûëî
ïîêàçàíî, ÷òî â ýòèõ óñëîâèÿõ (â ÍÑÎ áåç ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ
èëè â ýêâèâàëåíòíîì ãðàâèòàöèîííîì ïîëå) ïðîèñõîäèò
äèíàìè÷åñêîå (à íå êèíåìàòè÷åñêîå, êàê â ÑÒO) çàìåäëåíèå òåìïà
õîäà ÷àñîâ.  óêàçàííîì ïàðàãðàôå áûëà ïîëó÷åíà ôîðìóëà (8.3),
êîòîðàÿ â §9 ïîëó÷èëà êîíêðåòíîå âûðàæåíèå ÷åðåç
ãðàâèòàöèîííûé ïîòåíöèàë
+=
2
1
c
t
ϕ
τ
ïðè
ϕ
<0, (9.15)
èç êîòîðîé ÿñíî âèäíî, ÷òî òåìï õîäà ÷àñîâ çàìåäëÿåòñÿ â
ãðàâèòàöèîííîì ïîëå ñ ïîòåíöèàëîì
ϕ
(òî æå ñïðàâåäëèâî è
äëÿ ýêâèâàëåíòíîé óñêîðåííî äâèæóùåéñÿ ÑO, êàêîâîé â íàøåé
çàäà÷å ÿâëÿåòñÿ êîñìè÷åñêèé êîðàáëü ñ áëèçíåöîì Â).
Òàêèì îáðàçîì, ÷àñû íà Çåìëå ïîêàæóò áîëüøèé
ïðîìåæóòîê âðåìåíè, ÷åì ÷àñû íà êîñìè÷åñêîì êîðàáëå ïðè åãî
âîçâðàùåíèè íà Çåìëþ.
Ïîâòîðèì åùå ðàç, ÷òî ïàðàäîêñ áëèçíåöîâ íå èìååò
íèêàêîãî îáúÿñíåíèÿ â ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, â
êîòîðîé èñïîëüçóþòñÿ òîëüêî ðàâíîïðàâíûå èíåðöèàëüíûå CO.
Ïo ÑÒÎ áëèçíåö Â äîëæåí âå÷íî ðàâíîìåðíî è
ïðÿìîëèíåéíî óäàëÿòüñÿ îò íàáëþäàòåëÿ À (ïî ñóòè äåëà, îí
íå äîëæåí âçëåòàòü ñ Çåìëè, èìåííî ïîýòîìó ìû áåðåì ñëîâî
áëèçíåö â êàâû÷êè).  ïîïóëÿðíîé ëèòåðàòóðå ÷àñòî îáõîäÿò
îñòðûé ìîìåíò â îáúÿñíåíèè ýòîãî ïàðàäîêñà, çàìåíÿÿ
ôèçè÷åñêè äëÿùèéñÿ ðàçâîðîò êîñìè÷åñêîãî êîðàáëÿ íàçàä ê
Çåìëå åãî ìãíîâåííûì ðàçâîðîòîì, ÷òî íåâîçìîæíî. Ýòèì
îáìàííûì ìàíåâðîì â ðàññóæäåíèÿõ óñòðàíÿþò óñêîðåííîå
äâèæåíèå êîðàáëÿ íà ðàçâîðîòå è òîãäà îáå ÑÎ (Çåìëÿ è
Êîðàáëü) îêàçûâàþòñÿ ðàâíîïðàâíûìè è èíåðöèàëüíûìè, â
êîòîðûõ ìîæíî ïðèìåíÿòü ïîëîæåíèÿ CTO. Ío òàêîé ïðèåì
íåëüçÿ ñ÷èòàòü íàó÷íûì.
 çàêëþ÷åíèå ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïàðàäîêñ áëèçíåöîâ
ÿâëÿåòñÿ, ïî ñóòè äåëà, ðàçíîâèäíîñòüþ òîãî ýôôåêòà, êîòîðûé
áûë ðàçîáðàí â §9 è íàçûâàëñÿ èçìåíåíèåì ÷àñòîòû èçëó÷åíèÿ â
ãðàâèòàöèîííîì ïîëå.
Îòêëîíåíèå ñâåòîâûõ ëó÷åé, ïðîõîäÿùèõ âáëèçè Ñîëíöà
Òàêèì îáðàçîì, ðåçóëüòàòû
íàøåé ýêñïåäèöèè îñòàâëÿþò ìàëî
ñîìíåíèé â òîì, ÷òî ëó÷è ñâåòà
îòêëîíÿþòñÿ âáëèçè Ñîëíöà è ÷òî
îòêëîíåíèå, åñëè ïðèïèñàòü åãî
äåéñòâèþ ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ
Ñîëíöà, ïî âåëè÷èíå ñîîòâåòñòâóþò
òðåáîâàíèÿì îáùåé òåîðèè
îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà.
Ô. Äàéñîí, À. Ýääèíãòîí, Ê. Äåâèäñîí1920 ã.
Âûøå ïðèâåäåíà öèòàòà èç îò÷åòà ó÷åíûõ, íàáëþäàâøèõ 9
ìàÿ 1919 ã. ïîëíîå ñîëíå÷íîå çàòìåíèå ñ öåëüþ îáíàðóæèòü
ïðåäñêàçàííûé ÎÒÎ ýôôåêò îòêëîíåíèÿ ñâåòîâûõ ëó÷åé ïðè
òî ïîêîëåíèå, êîòîðîå îñòàâèë íà Çåìëå ïðè íà÷àëå ïîëåòà, òàê         Òàêèì îáðàçîì, ÷àñû íà Çåìëå ïîêàæóò áîëüøèé
êàê íà Çåìëå ïðîéäåò íå îäèí äåñÿòîê (ñîòåí) ëåò. Ýòîò ïàðàäîêñ   ïðîìåæóòîê âðåìåíè, ÷åì ÷àñû íà êîñìè÷åñêîì êîðàáëå ïðè åãî
íå ìîæåò áûòü ðàçðåøåí â ðàìêàõ ÑÒÎ, òàê êàê ðàññìàòðèâàåìûå      âîçâðàùåíèè íà Çåìëþ.
ÑÎ íå ðàâíîïðàâíû (êàê ýòî òðåáóåòñÿ â ÑÒÎ): êîñìè÷åñêèé              Ïîâòîðèì åùå ðàç, ÷òî “ïàðàäîêñ áëèçíåöî┠íå èìååò
êîðàáëü íå ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ ÈÑÎ, òàê êàê äâèæåòñÿ íà         íèêàêîãî îáúÿñíåíèÿ â ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, â
îòäåëüíûõ ó÷àñòêàõ òðàåêòîðèè íåðàâíîìåðíî.                       êîòîðîé èñïîëüçóþòñÿ òîëüêî ðàâíîïðàâíûå èíåðöèàëüíûå CO.
     Òîëüêî â ðàìêàõ ÎÒÎ ìû ìîæåì ïîíÿòü è îáúÿñíèòü              Ïo ÑÒÎ “áëèçíåö” “” äîëæåí âå÷íî ðàâíîìåðíî è
“ïàðàäîêñ áëèçíåöî┠åñòåñòâåííûì îáðàçîì, îïèðàÿñü íà            ïðÿìîëèíåéíî óäàëÿòüñÿ îò íàáëþäàòåëÿ “À” (ïî ñóòè äåëà, îí
ïîëîæåíèÿ OÒÎ. Âûøå ìû óæå êàñàëèñü ýòîé ïðîáëåìû,                íå äîëæåí âçëåòàòü ñ Çåìëè, èìåííî ïîýòîìó ìû áåðåì ñëîâî
óñòàíîâèâ óìåíüøåíèå òåìïà õîäà ÷àñîâ â äâèæóùåéñÿ ÍÑÎ (èëè       “áëèçíåö” â êàâû÷êè).  ïîïóëÿðíîé ëèòåðàòóðå ÷àñòî îáõîäÿò
â ýêâèâàëåíòíîì ãðàâèòàöèîííîì ïîëå) (ñì. §8).                    “îñòðûé” ìîìåíò â îáúÿñíåíèè ýòîãî ïàðàäîêñà, çàìåíÿÿ
     Ïóñòü äâà íàáëþäàòåëÿ - “áëèçíåöà” íàõîäÿòñÿ                 ôèçè÷åñêè äëÿùèéñÿ ðàçâîðîò êîñìè÷åñêîãî êîðàáëÿ “íàçàä ê
                                                                  Çåìëå” åãî ìãíîâåííûì ðàçâîðîòîì, ÷òî íåâîçìîæíî. Ýòèì
ïåðâîíà÷àëüíî íà Çåìëå, êîòîðóþ ìû áóäåì ñ÷èòàòü
                                                                  “îáìàííûì ìàíåâðîì” â ðàññóæäåíèÿõ óñòðàíÿþò óñêîðåííîå
èíåðöèàëüíîé ÑÎ. Ïóñòü íàáëþäàòåëü “À” îñòàåòñÿ íà Çåìëå, à
                                                                  äâèæåíèå êîðàáëÿ íà ðàçâîðîòå è òîãäà îáå ÑÎ (“Çåìëÿ” è
âòîðîé íàáëþäàòåëü- “áëèçíåö” “” ñòàðòóåò íà êîñìè÷åñêîì         “Êîðàáëü”) îêàçûâàþòñÿ ðàâíîïðàâíûìè è èíåðöèàëüíûìè, â
êîðàáëå, óëåòàåò â íåâåäîìûå ïðîñòîðû Êîñìîñà, ðàçâîðà÷èâàåò      êîòîðûõ ìîæíî ïðèìåíÿòü ïîëîæåíèÿ CTO. Ío òàêîé ïðèåì
ñâîé êîðàáëü è âîçâðàùàåòñÿ íà Çåìëþ. Åñëè äâèæåíèå â Êîñìîñå     íåëüçÿ ñ÷èòàòü íàó÷íûì.
è ìîæåò áûòü ðàâíîìåðíûì (ïðè âûêëþ÷åííûõ äâèãàòåëÿõ), òî              çàêëþ÷åíèå ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî “ïàðàäîêñ áëèçíåöîâ”
ïðè âçëåòå, ðàçâîðîòå è ïîñàäêå áëèçíåö “” èñïûòûâàåò            ÿâëÿåòñÿ, ïî ñóòè äåëà, ðàçíîâèäíîñòüþ òîãî ýôôåêòà, êîòîðûé
ïåðåãðóçêè, òàê êàê äâèæåòñÿ ñ óñêîðåíèåì. Ýòè íåðàâíîìåðíûå      áûë ðàçîáðàí â §9 è íàçûâàëñÿ èçìåíåíèåì ÷àñòîòû èçëó÷åíèÿ â
äâèæåíèÿ êîñìîíàâòà “Â” ìîæíî óïîäîáèòü åãî ñîñòîÿíèþ â           ãðàâèòàöèîííîì ïîëå.
íåêîòîðûõ ýêâèâàëåíòíûõ ãðàâèòàöèîííûõ ïîëÿõ. Íî â §8 áûëî
ïîêàçàíî, ÷òî â ýòèõ óñëîâèÿõ (â ÍÑÎ áåç ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ        Îòêëîíåíèå ñâåòîâûõ ëó÷åé, ïðîõîäÿùèõ âáëèçè Ñîëíöà
èëè â ýêâèâàëåíòíîì ãðàâèòàöèîííîì ïîëå) ïðîèñõîäèò                                              Òàêèì îáðàçîì, ðåçóëüòàòû
äèíàìè÷åñêîå (à íå êèíåìàòè÷åñêîå, êàê â ÑÒO) çàìåäëåíèå òåìïà                              íàøåé ýêñïåäèöèè îñòàâëÿþò ìàëî
õîäà ÷àñîâ.  óêàçàííîì ïàðàãðàôå áûëà ïîëó÷åíà ôîðìóëà (8.3),                              ñîìíåíèé â òîì, ÷òî ëó÷è ñâåòà
                                                                                            îòêëîíÿþòñÿ âáëèçè Ñîëíöà è ÷òî
êîòîðàÿ â §9 ïîëó÷èëà êîíêðåòíîå âûðàæåíèå ÷åðåç
                                                                                            îòêëîíåíèå, åñëè ïðèïèñàòü åãî
ãðàâèòàöèîííûé ïîòåíöèàë
                                                                                            äåéñòâèþ ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ
                         ϕ                                                                Ñîëíöà, ïî âåëè÷èíå ñîîòâåòñòâóþò
                τ = t 1 + 2  ïðè ϕ <0,               (9.15)
                       c                                                                  òðåáîâàíèÿì       îáùåé     òåîðèè
                                                                                            îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà.
èç êîòîðîé ÿñíî âèäíî, ÷òî òåìï õîäà ÷àñîâ çàìåäëÿåòñÿ â
                                                                                     Ô. Äàéñîí, À. Ýääèíãòîí, Ê. Äåâèäñîí1920 ã.
ãðàâèòàöèîííîì ïîëå ñ ïîòåíöèàëîì ϕ (òî æå ñïðàâåäëèâî è              Âûøå ïðèâåäåíà öèòàòà èç îò÷åòà ó÷åíûõ, íàáëþäàâøèõ 9
äëÿ ýêâèâàëåíòíîé óñêîðåííî äâèæóùåéñÿ ÑO, êàêîâîé â íàøåé        ìàÿ 1919 ã. ïîëíîå ñîëíå÷íîå çàòìåíèå ñ öåëüþ îáíàðóæèòü
çàäà÷å ÿâëÿåòñÿ êîñìè÷åñêèé êîðàáëü ñ “áëèçíåöîì” “”).           ïðåäñêàçàííûé ÎÒÎ ýôôåêò îòêëîíåíèÿ ñâåòîâûõ ëó÷åé ïðè

220                                                                                                                          221