Парадокс близнецов согласно Эйнштейну — Эмбер Стувер
-
0:06 - 0:09Когда близнецам-космонавтам
исполнилось по 20 лет, -
0:09 - 0:11они решились на эксперимент.
-
0:11 - 0:15Терра останется на Земле,
а Стелла отправится в космос. -
0:15 - 0:19Космический корабль Стеллы полетит
со скоростью, равной 86,6% скорости света, -
0:19 - 0:22к звезде, находящейся на расстоянии
10 световых лет от Земли, -
0:22 - 0:24а затем с той же скоростью
вернётся на Землю. -
0:24 - 0:26И пока девушки готовятся к эксперименту,
-
0:26 - 0:29они размышляют, что произойдёт с ними,
когда они снова встретятся. -
0:29 - 0:32Поскольку световой год равен расстоянию,
которое световой луч проходит за год, -
0:32 - 0:35путешествие Стеллы продлится 23 года.
-
0:35 - 0:38Но сёстры изучали
специальную теорию относительности -
0:38 - 0:41и понимают, что не всё так просто.
-
0:41 - 0:44Прежде всего, чем быстрее в космическом
пространстве движется объект, -
0:44 - 0:49тем медленнее он движется во времени
относительно неподвижного наблюдателя. -
0:49 - 0:52Это соотношение может быть выражено
математически с помощью лоренц-фактора, -
0:52 - 0:55определяемого данным уравнением.
-
0:55 - 0:58Во-вторых, длина движущегося объекта,
измеряемого неподвижным наблюдателем, -
0:58 - 1:01также сократится на коэффициент,
равный лоренц-фактору. -
1:01 - 1:05При скорости, равной 86,6% скорости света,
лоренц-фактор составит 2, а это означает, -
1:05 - 1:09что время на борту космического корабля
будет протекать в два раза медленнее. -
1:09 - 1:12Конечно, для Стеллы замедление времени
останется незамеченным. -
1:12 - 1:16Это потому, что все временны́е процессы
на борту корабля также замедлятся: -
1:16 - 1:18часы и электронное оборудование,
-
1:18 - 1:22биологические процессы
в организме Стеллы, включая темп старения, -
1:22 - 1:24а также само восприятие времени.
-
1:24 - 1:27Замедление времени
на космическом корабле Стеллы -
1:27 - 1:29будет заметно лишь тем наблюдателям,
-
1:29 - 1:34которые находятся в инерциальной,
неускоряемой системе отсчёта, — -
1:34 - 1:36например Терре,
которая останется на Земле. -
1:36 - 1:37Поэтому Терра и делает вывод о том,
-
1:37 - 1:40что, когда сёстры
вновь встретятся на Земле, -
1:40 - 1:41она окажется старше Стеллы.
-
1:41 - 1:43Но на это можно взглянуть и по-другому.
-
1:43 - 1:46Поскольку движение относительно,
Стелла считает, -
1:46 - 1:51что справедливым будет утверждение,
что её корабль останется неподвижным, -
1:51 - 1:53в то время как всё во Вселенной,
-
1:53 - 1:55в том числе и Терра,
будет двигаться вокруг неё. -
1:55 - 1:59В данном случае время будет течь
в два раза медленнее для Терры, -
1:59 - 2:02и Стелла состарится быстрее сестры.
-
2:02 - 2:05Но одна из сестёр не может оказаться
старше своего близнеца. -
2:05 - 2:07Так какое из утверждений истинно?
-
2:07 - 2:10Это явное противоречие получило
название «Парадокс близнецов». -
2:10 - 2:12На самом деле здесь нет парадокса —
-
2:12 - 2:15это лишь пример того,
как специальная теория относительности -
2:15 - 2:17может быть неправильно интерпретирована.
-
2:17 - 2:19Чтобы проверить свои гипотезы
экспериментальным путём, -
2:19 - 2:22близнецы договорились,
что после каждого истекшего года -
2:22 - 2:25они будут посылать друг другу
световой импульс. -
2:25 - 2:28В отличие от других объектов
скорость света — величина постоянная -
2:28 - 2:31и не зависит от системы
отсчёта наблюдателя. -
2:31 - 2:34Поэтому вспышка света с Земли
будет двигаться с той же скоростью, -
2:34 - 2:36что и вспышка света
с космического корабля, -
2:36 - 2:40и неважно, движется ли
корабль к звёздам или назад к Земле. -
2:40 - 2:42Итак, когда одна из близнецов
увидит вспышку света, -
2:42 - 2:47то будет знать, что для её сестры
прошёл один год, -
2:47 - 2:50плюс время, которое свет провёл в пути.
-
2:50 - 2:52Мы можем отобразить это на графике.
-
2:52 - 2:58На оси X отметим расстояние от Земли,
на оси Y — отрезок времени. -
2:58 - 3:01Терра полагает, что её график будет
представлен в виде вертикальной линии, -
3:01 - 3:03поскольку пройденное расстояние
будет равно нулю, -
3:03 - 3:08а каждая отметка на линии будет означать
один прожитый год с точки зрения Терры. -
3:08 - 3:11График Стеллы берёт начало
в той же точке, что и график Терры, -
3:11 - 3:13достигает 11,5 лет на оси Y
-
3:13 - 3:16и 10 световых лет на оси X,
отделяющих Стеллу от Терры, -
3:16 - 3:18а затем снова пересекается
с графиком Терры -
3:18 - 3:20в нулевой величине Y и 23 годах по оси X.
-
3:20 - 3:22Достигнув отметки в один год,
-
3:22 - 3:26Терра пошлёт световой импульс с Земли
в сторону корабля Стеллы. -
3:26 - 3:29Чтобы импульсу пройти один световой год,
ему понадобится год, -
3:29 - 3:33поэтому его путь на графике будет отмечен
диагональной линией под углом в 45°. -
3:33 - 3:35Стелла всё ещё отдаляется
от светового импульса, -
3:35 - 3:37и к тому времени, когда луч догонит её,
-
3:37 - 3:42пройдёт уже более 7 лет для Терры
и более 4-х — для Стеллы. -
3:42 - 3:45Когда Стелла получит
второй световой сигнал от Терры, -
3:45 - 3:47она уже будет двигаться
в обратном направлении — к Земле. -
3:47 - 3:51И поскольку она приближается
к источнику сигнала, -
3:51 - 3:53импульсы будут достигать её быстрее
-
3:53 - 3:55и она сможет получать
световые сигналы чаще. -
3:55 - 3:58Это означает, что с позиции Стеллы
в первую половину пути -
3:58 - 4:00Терра старела медленнее,
-
4:00 - 4:03а во время возвращения
Стеллы на Землю — быстрее. -
4:03 - 4:07Тем временем Стелле кажется, что и Терра,
и звезда, к которой она движется, -
4:07 - 4:09и что вся Вселенная вращаются вокруг неё.
-
4:09 - 4:11А поскольку происходит сжатие расстояния,
-
4:11 - 4:13с точки зрения Стеллы
расстояние между ней и сестрой -
4:13 - 4:15сокращается соразмерно фактору 2.
-
4:15 - 4:17Это означает, что с позиции Стеллы
-
4:17 - 4:21каждая часть пути займёт всего 6 лет.
-
4:21 - 4:25Когда Стелла посылает свой первый сигнал
на Землю, для Терры проходит уже два года. -
4:25 - 4:28Продолжая удаляться от Земли, Стелла
посылает ещё четыре световых импульса — -
4:28 - 4:31каждый с более дальнего
расстояния, чем предыдущий. -
4:31 - 4:35К тому времени, как Терра получит первый
сигнал от Стеллы, движущейся к Земле, -
4:35 - 4:38для неё пройдёт уже 21 год.
-
4:38 - 4:40Каждый год Терра
будет получать ещё сигналы -
4:40 - 4:44от Стеллы, летящей в направлении Земли.
-
4:44 - 4:47Таким образом, с точки зрения Терры
Стелла будет стареть медленнее -
4:47 - 4:50в течение почти 90% от тех 23 лет,
что они проведут в разлуке, -
4:50 - 4:53и более быстрыми темпами
на протяжении оставшихся 10%. -
4:53 - 4:54Эта асимметрия объясняет,
-
4:54 - 4:57почему этот парадокс —
вовсе никакой и не парадокс. -
4:57 - 4:59И хотя с точки зрения обеих сестёр
-
4:59 - 5:02время для другого близнеца
то ускоряется, то замедляется, -
5:02 - 5:04Стелле кажется, что эти процессы
одинаковы для них обеих; -
5:04 - 5:07Терра же полагает,
что Стелла стареет медленнее -
5:07 - 5:09на протяжении
большей части её путешествия. -
5:09 - 5:12Это соответствует восприятию времени
каждой из сестёр: -
5:12 - 5:15на Земле кажется,
что путешествие Стеллы длится 23 года, -
5:15 - 5:17а на борту корабля в космосе —
что всего лишь 11,5 лет. -
5:17 - 5:23И когда сёстры снова встретятся, Терре
будет 43 года, а Стелле — всего 31 год. -
5:23 - 5:24Но Стелла ошиблась,
-
5:24 - 5:29считая, что и она, и Терра останутся
инерциальными наблюдателями. -
5:29 - 5:31Чтобы быть инерциальным наблюдателем,
-
5:31 - 5:34субъект должен двигаться с постоянной
скоростью и в одном направлении -
5:34 - 5:36относительно Вселенной.
-
5:36 - 5:39Терра всё время находится
в состоянии покоя, -
5:39 - 5:41то есть движется
с постоянной скоростью, равной нулю. -
5:41 - 5:45Но когда Стелла меняет направление
движения, чтобы вернуться на Землю, -
5:45 - 5:47она меняет и систему отсчёта
по сравнению с тем, -
5:47 - 5:48откуда она начала движение.
-
5:48 - 5:52Теперь и Терра, и Стелла лучше понимают
понятие пространства-времени. -
5:52 - 5:55И, как близнецы,
которых отделяют 11 лет, -
5:55 - 5:59они представляют прекрасный пример
специальной теории относительности.
- Title:
- Парадокс близнецов согласно Эйнштейну — Эмбер Стувер
- Speaker:
- Эмбер Стувер
- Description:
-
Посмотреть урок полностью: https://ed.ted.com/lessons/einstein-s-twin-paradox-explained-amber-l-stuver
Когда близнецам-космонавтам исполнилось по 20 лет, они решились на эксперимент: Терра останется на Земле, а Стелла отправится в космос. Космический корабль Стеллы полетит к звезде, находящейся на расстоянии 10 световых лет от Земли, а затем вернётся на Землю. Пока космонавты готовятся к эксперименту, они размышляют над тем, что же произойдёт с ними, когда они снова встретятся. Кто из них будет старше? Эмбер Стувер изучает парадокс близнецов.
Урок — Эмбер Стувер, мультипликация — Aim Creative Studios
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TED-Ed
- Duration:
- 06:00
Retired user approved Russian subtitles for Einstein's twin paradox explained | ||
Retired user edited Russian subtitles for Einstein's twin paradox explained | ||
Ростислав Голод accepted Russian subtitles for Einstein's twin paradox explained | ||
Ростислав Голод edited Russian subtitles for Einstein's twin paradox explained | ||
Ростислав Голод edited Russian subtitles for Einstein's twin paradox explained | ||
Ростислав Голод edited Russian subtitles for Einstein's twin paradox explained | ||
Ростислав Голод edited Russian subtitles for Einstein's twin paradox explained | ||
Ростислав Голод edited Russian subtitles for Einstein's twin paradox explained |