Science cafe
декабрь 2015.
1548

Чем объясняется разность во времени на часах космического путешественника и земных часах?

Ответить
Ответить
Комментировать
2
Подписаться
7
2 ответа
Поделиться

Автор вопроса скорее всего имеет в виду эффект замедления времени при движении с большой скоростью - это один эффектов специальной (частной) теории относительности. Довольно хорошо об этом эффекте написано в вики: wikipedia.org Все о новых моделях iPhone Кто эти люди, что стоят в очередях за новым iPhone?Где купить iPhone максимально дешево, но при этом с минимальными рисками?Как не стать жертвой мошенников, покупая новые iPhone XS в интернете?Есть вопросы? Спросите экспертов!

В разделе этой статьи "Замедление времени и инвариантность скорости света" на пальцах показано, как из постулата постоянства скорости света вывести формулу Лоренца по замедлению времени (ничего сложного, нужно лишь знать школьное определение скорости и теорему Пифагора).

6
Прокомментировать

Roman Bikbaev, спасибо за ответ. Вы не поверите, но именно эта статья (и еще ряд других) у меня и вызывает большинство вопросов. Просто не уместить в 160 знаков. Согласно этой статье (и моему представлению о времени) в описании присутствует погрешность измерения одних часов в отношении других. Световому лучу в одном случае приходиться проходить меньшее расстояние, в другом-большее. В таком ключе- мне понятна разница во времени этих часов. Но мне не ясно с каких щей, в огромном количестве источников, как факт преподноситься путешествие космонавта в пространстве- путешествием космонавта во времени(?). Скажем если вы скидываете ссыль на релятивистское замедление времени, могу также сослаться на выдержку из Вики (Статья "Межзвездный полет") wikipedia.org . Вот "Рассмотрим предполагаемый полёт к звёздной системе Альфа Центавра, удалённой от Земли на расстояние в 4,3 световых года. Если время измеряется в годах, а расстояния в световых годах, то скорость света " c "равна единице, а единичное ускорение a=1 св.год/год² близко к ускорению свободного падения и примерно равно 9,5 м/c².

Пусть половину пути космический корабль двигается с единичным ускорением, а вторую половину — с таким же ускорением тормозит Затем корабль разворачивается и повторяет этапы разгона и торможения. В этой ситуации время полёта в земной системе отсчёта составит примерно 12 лет, тогда как по часам на корабле пройдёт 7,3 года. Максимальная скорость корабля достигнет 0,95 от скорости света".

Да. На одних (земных) часах прошло 12 лет, на часах корабля 7,3. Но это одинаковое время для космонавта- 12 земных лет (Или я не прав? Я именно это хочу понять). Почему мне часто приходиться наблюдать предположения, что космонавт вернется молодым, тогда как все постареют (как в этом, например, случае-на 4,7 года). Это я неправ, или высказывающие такие предположения?

-1

"Согласно этой статье (и моему представлению о времени) в описании присутствует погрешность измерения одних часов в отношении других." Вот тут-то вы уже ошибаетесь. Никакой погрешности нет. Мы считаем, что всё измеряется идеально точно. Вам представляется, будто при высоких скоростях описываемые часы начинают лажать (которые на космическом корабле) - нет. Часы всё показывают корректно. И те, которые на Земле, и те, которые на космическом корабле. Так как мы рассматриваем вопрос изменения скорости течения времени, то нам нужно это как-то померить. И нам и помогает постулат о постоянстве скорости света: мы знаем скорость, мы знаем расстояние => мы знаем время. V = S/t - скорость (средняя) есть расстояние делённое на время. Так давайте считать t = S/V. Это абсолютно корректно. В нашем случае V = const, а S - путь, который преодолевает свет. Но в зависимости от того, остались ли вы на Земле, или летите с часами на корабле, это S будет различаться. Не забываем, что это абсолютно корректное определение времени, способ его измерить - оно ВЕРНОЕ. Никаких погрешностей. Всё ТОЧНО. Ровно с учётом такого замедленного (с точки зрения наблюдателя, оставшегося на Земле) течения времени и будут происходить ВСЕ АБСОЛЮТНО процессы на корабле. Ровно согласно этим часам будут тикать обычные механические, традиционные кварцевые и т.д. Химические, физические, биологические процессы будут проходить с учётом ЛОКАЛЬНОГО течения времени. А потому космический путешественник вернётся более молодым (во всех смыслах), чем оставшийся его близнец на Земле. Это не просто теория, а теория, которая проверена практикой (ну, вы полазили по статьям - там должны быть ссылки всякие; например, GPS учитывает этот релятивистский эффект - без этого учёта система просто не работает=)

+1
Ответить

"На одних (земных) часах прошло 12 лет, на часах корабля 7,3" - и для космонавта тоже прошло 7.3 года!

0
Ответить

Я не считаю, что ошибаюсь. Цитирую вас, и поясню почему считаю, что вы неправы,вот вы говорите:

-" в нашем случае V = const, а S - путь, который преодолевает свет".

Когда одни световые часы начинают двигаться (относительно других таких же часов)- S (расстояние которое должен пройти свет от одного зеркала до другого) увеличивается (можете обратить внимание на иллюстрацию из статьи на которую как раз давали ссыль). А скорость света неизменна, как вы уже говорили.В результате луч света проходит его за более долгое время. То что было условной секундой на одних часах станет чуть большим на других. По такой логике, которой рассуждаете вы-для света не существует времени как такового (а это совершенно не так-вы сами приводите все формулы, скорость света измерима). Ведь если в неподвижных часах луч проходит от зеркала к зеркалу, скажем, за секунду, а "подвижные" летят в пространстве со скоростью света то что мы называем "секундой" в данных часах не наступит вообще (пока часы не остановятся относительно других часов и свет не коснется второго зеркала). Тем не менее космонавт находящийся рядом с такими "подвижными" часами будет ощущать ход времени и причинно-следственные связи ведь относительно этого теоретического корабля (в котором он с часами находится) его скорость равна нулю, внутри корабля он двигается сохраняя причинные связи и всех физических явлений которые происходят в его теле это тоже касается.

Вот вы также говорите:

"Вам представляется, будто при высоких скоростях описываемые часы начинают лажать". Я вас глубоко уважаю за ответ, и могу предполагать, что я не прав и чего-то не понимаю. Но не нужно думать за меня-мне так не представляется. Часы не будут "лажать" они будут идти по разному притом что они в СОВЕРШЕННОСТИ точные и одинаковые.

Насчет GPS, если вы программист, думаю вам будет интересны статьи с Хабра на счет релятивистских эффектов и нивелировании погрешности, которая как раз заключается в том. чтобы искусственно замедлять или увеличивать ход времени (если это световые часы это можно делать с помощью изменения расстояния между зеркалами) на атомных часах спутников, перед выводом их на гео-синхронную орбиту, при движении по которой их скорость относительно друг друга будет равна нулю (ну иначе время бы для них представляло разные величины и они бы опять сбивались). Но этого "идеала"-нуля, достичь не удается и их приходится постоянно корректировать. Ведь даже малейшее движение относительно друг друга и возникает релятивистский эффект, даже если они опять встали в свое исходное положение- они уже имеют погрешность измерения ( они измеряют точно, но один раз "секунда" для одного из 12 спутников стала дольше на допустим миллиардную долю секунды- всё. И когда они встали обратно в "идеал"-погрешность существует и она будет накапливаться.

Вообщем я считаю, что вы не правы. Допускаю что я вас не понял. Но ваше объяснение меня не переубедило.

+1
Ответить
Ещё 15 комментариев

Т.е. вы хотите, чтобы вас УБЕДИЛИ в том, что один из релятивистских эффектов действительно существует? Или вы хотите на интуитивном уровне понять, откуда такое берётся? Первым я заниматься не буду=) А вторым - по мере сил.

Итак, возвращаясь к нашим баранам. Замедление течения времени относительно некой инерциальной системы отсчёта при движении относительно этой же системы есть. Это научный факт.

Вы правы в некоторых своих выводах. Например, для нас (с нашей точки зрения) у того, что движется со световой скоростью, вообще время останавливается. Это так.

Также при движении с высокой скоростью возрастает масса. Причём так, что при достижении скорости света она обращается в бесконечность. Это значит, что то, что имеет массу, скорости света достичь никогда не сможет. Фотоны же массы не имеют.

Могу порекомендовать почитать первые главы Элегантной Вселенной Брайана Грина, где он "на пальцах" объясняет различные эффекты ЧТО и ОТО.

+1
Ответить

Попробуйте мысленно эти двое часов поменять ролями. Вы получите, что время одних часов замедляется относительно других. И те и другие часы движутся относительно друг друга. Они равноправны абсолютно.

0
Ответить

Вот замечаете-даже злость просыпается) И у меня тоже. Типа:какой же ты тупой утырок) Но это на самом деле- злость самая добрая какая может быть- вы умный и точно неординарный человек среди многих остальных, и утырок-это точно не про вас. И. Чтобы я во что-то поверил-меня нужно убедить. Это факт. Но. Убеждать меня в том, что релятивистский эффект замедления времени существует меня не нужно,-он существует и заключается не более чем в том,что я описал выше. Опять же-но. Вы понимаете ее по-другому.

"Замедление течения времени относительно некой инерциальной системы отсчёта при движении относительно этой же системы есть. Это научный факт".-пишите вы.

1-Начнем с того что такого факта в СТО нет. Есть факт что свет проходит большее расстояние при движении световых часов (зеркал меж которыми прыгает свет). И одна и та же мера времени при этом будет разной. (Само время в глобальном смысле не меняется-оно не замедляется и не ускоряется, оно во всём мире продолжает идти одинаково).

2-Если факт заключался бы именно в этом- можно было бы думать, что время можно сжимать и растягивать.В чем состоит заблуждение (с моей точки зрения) колоссального количества ученых.

3-Факты (научные или нет) бывают ошибочны.Но на этот довод я щас полагаюсь меньше всего-первые два прекрасно рушат теорию относительности в том виде в каком ее видите вы. Вы думаете что это не так. Ну конечно. Попробую объяснить на еще одном практическом примере. Всё на что я любуюсь в этом мире-прошлое. Я смотрю на телефон в своей руке и вижу его прошлое состояние, пусть это и пиздец незначительное прошлое, но я смотрю на Солнце и вижу его таким какое оно было почти 9 секунд назад (свет идет примерно такое количество времени-вы это знаете). Все на что мы смотрим мы видим в прошлых состояниях. И чем дальше наш взор тем более глубокое прошлое мы наблюдаем. И это связано с несовершенством нашего органа чувств-зрения, которое воспринимает все посредством именно свето-чувствительных клеток. Надеюсь что с этим вы согласитесь. Можно представить мир в котором 4 тела (и больше ничего). 4 тела стоят в ряд (обозначим их как, например, планеты 1, 2, 3, 4). Между ними одинаковое расстояние- 1 световой год. Если одновременно 01.01.2016 взорвать планеты 2 и 3 и наблюдать за этим с планеты 1, мы 01.01.2017 увидим как взрывается планета 2. Через год (01.01.2017), увидим как взрывается планета 3. Наблюдая за этим явлением с планеты 4 мы будем наблюдать это в обратном порядке, но это не значит, что время на этой планете идет в обратную сторону (на этом примере в этом ваше заблуждение, ведь учитывая все это время в глобальном смысле этого слова не изменялось принципиально-оно не останавливалось, не сжималось, не растягивалось-что главное в вашем видении, не перетекало из состояния будущего в прошлое и тд.Оно шло своим обычным чередом ). Просто "Большое видится на расстоянии"-так еще Есенин сказал. Если бы мы обладали "совершенным органом чувств" и видели (каким-то образом чувствовали) бы все независимо от бомбардирующих наши глаза, со скоростью света, фотонов, в настоящем состоянии- мы бы увидели эти взрывы прямо в тот же момент и одновременно 01.01.2016, в моменте, когда они и случились на самом деле. Еще одно уточнение которое касается вашего высказывания- фотоны не имеют массы.Вот это спорное утверждение. То, что вам так говорили на лекции по физике в универе, или то что так написано в Википедии не делает этого абсолютным фактом. Так делается в физике, химии, и даже в математике сплошь и рядом для того чтобы вам было проще осознать некоторые заметно более чаще встречающиеся явления. Постарайтесь мыслить не оглядываясь на этот "факт".

1)Фотон- элементарная частица. Частица-есть то, что просто разделили на более мелкие части уже, пиздец, какое количество раз.Но сколько бы не делили-оно будет иметь массу. Только пока есть масса, мы можем понимать, что предмет находиться в нашем мире. Чтобы не иметь массы нужно стать РЕАЛЬНЫМ антивеществом, которое не просто зеркалит хим состав, что химики проделают без труда, а также иметь отрицательную массу (что на данный момент в современной физике считается невозможным, вполне возможно из-за проблем восприятия человеком существующей реальности).

2)Скорость света- наиболее высокая скорость, которую по современным представлениям-это тоже важно, не могут превысить частицы. Но она так или иначе(могут ли или нет)- не конечна, это конкретная цифра- 299 792 458 м / с. Я с легкостью могу представить большую скорость если захочу- ведь скорость всего лишь мера измерения. И так как скорость света не является бесконечностью, масса движущегося со скоростью света предмета также не превратиться в бесконечность. Опять-же вот это как раз математический факт, а то что "Энштейн сказал" это не факт. Докажи если веришь/считаешь, что он не напиздел тебе.

0
Ответить

*поправочка ...Через год (01.01.2018) , увидим как взрывается планета 3.

0
Ответить

И не думайте что я не уважаю ваш ответ и ваше мнение- это все ложь, которую накидывает вам ваш разум (если накидывает). На деле, за ваш ответ и ваши мысли-я уважаю лично вас и ваше мнение больше чем мнение любого человека, с которым мне приходилось общаться на данном ресурсе за все его время. Даже прошу модератора если тот видит заплюсовать ваш рейтинг в этих темах, потому-что очевидно вы разбираетесь в вопросе. Просто по моей точке зрения не улавливаете один "сложный прекол" в понимании релятивистского замедления времени.

0
Ответить

ЧТО (СТО) уже более ста лет. Это проверенная и подтверждённая теория. Формулы преобразования Лоренца точны. Нет никаких фактов, которые бы позволили бы усомниться в достаточной точности этой теории. По современным представлениям фотон безмассовая частица - сомневаться в этом пока нет никаких оснований. То, что масса стремится к бесконечности при стремлении к скорости света - ясно видно из формул Лоренца. Формулы Лоренца не абы откуда взялись, а являются прямым следствием математической модели пространственно-временного континуума - пространства Минковского.

Возможно, чтение статей википедии не даёт достаточного представления о предмете и сути вопроса - почитайте научпоп какой-нибудь. Брайан Грин, Стивен Хокинг... - выбор большой.

+1
Ответить
0
Ответить

Во-первых, этот чисто гипотетический пример со световыми часами является всего лишь иллюстрацией, которая облегчает понимание, откуда берётся релятивистский эффект замедления течения времени.

Во-вторых, ничего не измениться, если поменять эти часы местами. Стоит сделать отступление и напомнить, в чём суть частной (специальной - более распространено, но это слово является менее точным переводом с немецкого: частный - лучше отражает суть) теории относительности. В чём же относительность? Относительность в том, что ВСЕ инерциальные системы отсчёта являются равноправными - нет некой выделенной системы отсчёта. Откуда следует, что понятие скорости не абсолютно - скорость зависит от системы отсчёта. Но чем скорость ближе к скорости света, тем она меньше зависит от того, в какой (инерциальной) системе отсчёта она была измерена, т.к. скорость света задаёт ограничение на величину скорости сверху. А теперь вернёмся к нашим часам: время течёт медленнее в системе координат, жёстко связанной с правыми часами, которые находятся на космическом корабле - но надо заметить, что оно течёт медленнее для наблюдателя, который жёстко связан с системой координат левых часов. которые остались на Земле. А теперь, если мы окажемся на этом самом корабле и жёстко свяжем свою систему координат с кораблём, то часы на корабле относительно нас и этой системы координат двигаться не будут - зато будут двигаться часы, которые остались на Земле => для нас (на корабле) время на Земле будет идти медленнее. Вот ровно из этих рассуждений и растёт парадокс близнецов. Например. Кстати, вам понятно, как этот парадокс разрешается?

+1
Ответить

Антон, во-первых, специальная теория относительности - это теория, она была написана на бумаге и не просто от нечего делать, а чтобы решить фундаментальные проблемы классической электродинамики, и основана на постулате постоянства скорости света. В рамках этой теории предсказывается ряд эффектов, в частности, замедления времени в движущейся системе отсчета. Все, в теории относительности так, и никак иначе. Конечно, природа не обязана подстраиваться под эту теорию. Тем не менее, пока нет ни одного явления, которое бы поставило ее под сомнение. Что касается космонавта, то есть явления, которые подтверждают "парадокс", например то, что атмосферные мюоны долетают до земли, хотя должны распадаться намного раньше.

0
Ответить

ROMAN BIKBAEV- я отвечу, но уже позже, щас в связи с праздником времени просто на это нет.

MAXIM MALYSHEV- извиняй, но ты ничего не доказал и не опровергнул. "В рамках этой теории предсказывается ряд эффектов, в частности, замедления времени в движущейся системе отсчета." -с этим никто не спорит. Спор о том, что,

если:

-"В рамках этой теории предсказывается ряд эффектов, в частности, замедления времени в движущейся системе отсчета" относительно неподвижной системы или системы движущейся с меньшей скоростью- то релятивистский эффект, правильно понимаю именно я.

Если :

-"В рамках этой теории предсказывается ряд эффектов, в частности, замедления времени в движущейся системе отсчета" относительно всего существующего мира (незнаю как по-другому сказать), то- правильно релятивистский эффект понимает ROMAN BIKBAEV. Это, как-бы значило, что движущийся объект растянул время в котором он существует. Что по-моему: фигня какая-то (но я понимаю, что я могу быть и не прав или не понимать просто чего-то).

0
Ответить

Антон, вы мыслите в категории абсолютного времени, вводя "время существующего мира". Такой выделенной системы не существует, все системы, движущиеся относительно друг друга равномерно и прямолинейно идентичны как в механике (законы классической механики) так и в электродинамике (специальная теория относительности). Предлагаю вам подумать еще и о том, что относительно космонавта движется именно его брат на Земле, и он должен "молодеть". Парадокс именно в этом, а не замедлении времени. Вообще, все это объясняется в первых главах научно-популярных книжек по этой теме, что вам и писал Роман.

+3
Ответить

Спасибо за ответ, Максим. Да,ввожу.Ведь времени как такого не существует в физическом смысле, а я ведь должен как-то описать все время в мире. Логично представить, что во всём мире оно движется одинаково. Что "неподвижная" секунда (как иначе незнаю выразится, измеренная в неподвижном состоянии часов) будет по длительности абсолютно такой-же и на движущемся космическом корабле,например. Только чтобы время правильно отображалось на часах их будет нужно корректировать с учетом скорости. И по поводу того что вы говорите о парадоксе, если мир конечен и мы,например, извне смотрим на него, то мы всё-таки можем понять, какое из тел истинно движется, а какое относительно него неподвижно. И тогда никакого парадокса не будет-одно тело движется, другое стоит (будет вполне ясно, что "молодеть" должен тот, который движется ведь для него замедляются все физические процессы, но "молодеть" я пишу в кавычках-движущийся космонавт может быть даже внешне моложе, но он прожил ровно столько же времени слетав куда и вернувшись обратно). Или я и вас тоже не понимаю.

-1
Ответить

Антон, нет истинно и не истинно движущихся тел. Концепция, которую вы описываете, была общепринятая вплоть до начала 20-го века, пока не столкнулась с фундаментальными трудностями в приложении к электродинамике. Все это привело в конечном итоге отказа от абсолютного пространства и времени и принятию теории относительности.

0
Ответить

В этом и суть теории относительности, что всё относительно. Частная Теория Относительности утверждает, что все инерциальные системы отсчёта равноправны. Нет никакой одной-единственной особой системы отсчёта. В механике Ньютона она была. До ЧТО существовала концепция эфира - мировой эфир и задавал эту неподвижную систему отсчёта. Но с эфиром было куча проблем: его все никак не могли обнаружить, плюс из его существования выводились его свойства, которые были прост фантастически. Пришёл Эйнштейн и выкинул эфир на свалку истории науки. Но вместе с эфиром он выкинул и абсолютную систему отсчёта. Если мы говорим, что скорость чего-то равна тому-то, то мы обязаны добавить а ОТНОСИТЕЛЬНО чего эта скорость была измерена, т.е. в какой системе отсчёта мы проводим наши измерения. Ещё раз про пародирую близнецов: относительно Земли корабль движется с большой скоростью => время на корабле течёт медленнее, чем на Земле, с другой стороны Земля движется ровно с такой же скоростью относительно корабля. Мы считаем, что корабль двигается с постоянной скоростью, а потому вправе его выбрать за инерциальную систему отсчета, откуда и получаем, что ОТНОСИТЕЛЬНО корабля время на Земле течёт медленнее.

Такое ещё замечание. Если вы находитесь в корабле, который движется с постоянной скоростью, а все иллюминаторы у вас заклеены. То находясь внутри корабля, вы не поймёте, в каком направление вы движетесь, с какой скоростью и движитесь ли вообще. Наверняка, замечали твой момент при езде в каком-нибудь транспорте: при движении с постоянной скоростью с закрытыми глазами вы не определите направление движения=)

0
Ответить

Вооохх.. Со всем этим я не спорю. Роман. Я еще раз говорю тоже самое: этот эффект наблюдается как в одном случае относительно другого.

Только один момент: "откуда и получаем, что ОТНОСИТЕЛЬНО корабля время на Земле течёт медленнее". Мы этого не получаем, мы можем получать лишь такую "видимость". Потому-что, получаем мы не замедление ВРЕМЕНИ а замедление ФИЗ-ПРОЦЕССОВ. Таким образом, как-бы по-разному не выглядели эти двое близнецов после полета одного из них, и после их общей встречи- они прожили ОДИНАКОВОЕ количество времени-они ОДИНАКОВОГО возраста. Само ВРЕМЯ даже относительно другого не изменялось (если у нас есть эталонная секунда-она не становилась короче или длиннее, для того или иного,как не может например меняться длина метра, если я измерил стол, а потом разрубил его напополам). Предполагаю, что вы скажете-"а замедление физпроцессов, это не замедление времени?". Нет! Это просто по факту- их изменение, это уже другие процессы!! Как на примере с теми часами, где в неподвижных свет одно расстояние проходит, а в подвижных более длинное, за счет того, что часы переставились в пространстве и финиш для света теперь дальше. Ты ведь когда 2 разных расстояния с одной скоростью проходишь- ты ведь не меняешь длительность секунд. Следовательно не замедляешь/укорачиваешь время в каком-то месте, правильно ведь, согласись? Даже в одном случае относительно другого.Да результат будет разный, но ты не изменил ХОД ВРЕМЕНИ он не растянулся и не сжался в каком-то месте. Ты изменил условия для этих процессов-изменил расстояние для прохождения дистанции. Я это пытаюсь вам сказать!

Но вы то говорите меняется само время,его как бы несуществующая "структура"(То что вы говорили до этого, можно понять как-то, что меняется его длительность, как метр вдруг стал 101 сантиметр). И вы во всем правы, кроме этого. И наш затянувшийся разговор начался именно с того, когда я вас понял именно так.

И с вами, Максим. тоже не спорю, да, на мир теперь не смотрят через призму вот этого абсолютного времени, но мне то оно было нужно чтобы только описать что я имею в виду. Время ведь это только цифра, я должен же как-то описать все время которое идет в мире. Правильней, наверное, было выразится ХОД ВРЕМЕНИ. С новым годом вас, народ, даже если я и правда просто до сих пор чего-то не одупляю, все-равно спасибо за чудесно проведенное время

0
Ответить
Прокомментировать
Ответить