W dniu 2012-05-24 22:07, Delfino Delphis pisze:
Blah;) Ja już naprawdę wyrobiłem limit na paradoks bliźniąt.
Jednostka 1, c=1;
gamma = 1/sqrt(1-v^2)
Układ Ziemia Uz. Zdarzenie 0 zwany też w (0,0).
Najpierw wstęp. Siedzę sobie w układzie Uz w 0.
Leci ufol w magnokrafcie. W chwili t (moja współrzędna!)
znajduje się w miejscu x (moja współrzędna).
Chwilę później była chwila t+dt i był w pozycji x+v*dt.
Co to jest upływ czasu u tego drugiego? U mnie było t,
a potem t+dt. A więc chcę wiedzieć, ile wskazywał zegarek
w chwili t, a ile w chwili t+dt. Odejme sobie i będę wiedział,
ile czasu minęło u niego, gdy u mnie minęło dt.
To co, transformacja do jego układu.
Klasycznie t'=t, x' = x - vt (zawsze tak robie, żęby znak sobie przypomnieć)
Transformacja lorentza: [t',x'] = gamma[1,-x;-x,1]
t' = gamma t - gamma v x
t1=t,t2= t+dt; x1=x, x2 = x+v*dt
Teraz przechodzimy do układu ufola, patrzymy, jakie
wspolrzedne czasoprzestrzenne mają te zdarzenia
(pomiar 1 i pomiar 2) i odejmujemy.
Interesują nas dt' = t2' - t1' =
gamma t2- gamma v x2 - (gamma t1- gamma v x1 )
gamma (t+dt)- gamma v (x+vdt) - (gamma t- gamma v x )=
dt' = gamma dt - gamma v^2dt = gamma(1-v^2) dt = dt/gamma
Wyprowadziliśmy dylatacja czasu. Rozumiemy, co dokładnie mierzymy.
A jak się chwilę przyjrzymy, zrozumiemy, że nie mówimy tu
o czasie, ale o przyroście czasu;)
BTW. Trochę geometrii. Spojrzmy co zrobiliśmy. Chcieliśmy dowiedzieć
się, ile czasu upłynęło miedzy dwoma zdarzeniami na jakimś poruszajcuym
się obiekcie. Przenieśliśmy się więc do układu tego obiektu*) (w nim
spoczywa) i odjęliśmy wspolrzędne czasowe zdarzeń (wspolrzedne
przestrzenne byly te same). Wzięliśmy więc tak naprawdę długość
wektora miedzy zdarzeniami.
A długość wektora jest niezmiennicza względem przekształceń lorentza!
Można to wykorzystać do ciekawszych obliczeń. Jeśli miedzy
A i B obiekt poruszał się po krzywej x(t), to aby poznać
upływ czasu w tym obiekcie wysatrczy odcałkować długość tej krzywej!
dT' = int_{łuk_{A--B}} sqrt(dt^2 - dx^2) = int sqrt(1 - v(t)^2) dt
Możemy to zrobić dla dowolnego toru (spiralki, węzełki...) z dowolnego
układu. TAK. Tam jest minus. Taka dziwna nieeuklidesowa długość
wektora:)
*) dokładniej, przenieśliśmy się do układu współrzednych który
porusza się z tą samą prędkością co obiekt, ale niekoniecznie
obiekt jest w jego centrum.
Wracając do bliźniąt.
Wystrzeliwujemy w czasie t=0 magnokraft. Leci on sobie z v=4/5 c
(gamma = 5/3).
po czasie 25(lat) dolatuje na odległość 20(lat świetlnych),
na jego pokładzie minęło 25/(5/3) = 15 lat. Zawraca.
kolejne 25 u nas i 15 u niego.
Teraz przenieśmy się do układu ruchomego U'. Lecimy 15 lat.
Na Ziemi minęło (tak jak we wztępie, patrzymy, co jest na zegarku
_gdy_ ruszamy i co jest na zegarku _gdy_ dolatujemy, 'gdy' oznacza
współrzędna czasową naszego układu). 15/gamma = 9 lat.
Licząc na piechotę, W naszym układzie ziemia ma współrzędne
(t,-v*t)_{U'} = (15,-12). Transformacja lorentza gamma[1,v,v,1]
i dostajemy (9,0)_Uz w układzie Ziemi.
gamma*[1,v,v,1] * [15;-12] = [0;9]
Zawróciliśmy. Zrobiliśmy to szybko. Lecimy 15 lat. Na ziemi
znów mija 9. Dolatujemy, a tu zonk. Zamiast 18 minęło 50.
Co to znaczy, że minęło 9 lat, gdy u nas minęło 15?
To znaczy, że zegarek na Ziemi pokazywał x _gdy_ ruszliśmy
y gdy dotarliśmy i y-x = 9 lat.
Ale ile wynosiło x? Ale pokazywał ziemski zegar gdy zawracaliśmy?
Przed zawróceniem pokazywał 9 lat.
A po zawróceniu? Jesteśmy w układzie poruszającym się z -v.
Aby uniknąć sporego zamieszania z dodawaniem, uznajmy, że
wszystkie 3 układy mijały się w czasie t=0.
W tym układzie Nasz statek ma stałą pozycję
200/3 lat świetlnych.
Zdarzenie 'zawrotka' odbyło się w (25;20)_Uz. ukłądu
Ziemia.
Transformacja do nowego układu gamma[1,v,v,1] daje
t,v = [205/3; 200/3 ] /ok, nad doborem wartości
numerycznych można bu jeszcze popracować;)
Ziemia porusza się po torze x'' = v * t''
W chwili naszego zawrócenia (w ukłądzie powrotnym U'')
ma więc współrzędną 165/3.
Zdarzenie (cyknięcie zegara na Ziemi) ma wspołrzedne
(205/3, 164/3 ).
Po przelorencowaniu do układu ziemi
M = gamma*[1,-v;-v,1]
M*[205;164]/3
= [41;0]
Czyli zegarek pokazuje 41 rok od wylotu.
Wracamy 15 lat, na Ziemi mija 9, które dodane do 41
daje 50. Teraz się wszytko zgadza.
Wszyscy pamiętają o nierównym upływie czasu, ale o tym,
że równoczesność i 'teraz' jest względne już nie;)
pzdr
bartekltg