Особенности замедления времени при движении по окружности

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

ОСОБЕННОСТИ ЗАМЕДЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ПРИ ДВИЖЕНИИ ПО ОКРУЖНОСТИ

Представьте себе, что все процессы в вашем теле, и в предметах, которые вы держите в руках, замедлились. Для окружающих вы стали бы медлительным человеком, а лампочка в ваших руках, которая, по вашему мнению, дает зеленый свет, при определенной степени замедления из-за уменьшения частоты световой волны воспринималась бы окружающими вас людьми как желтая. В свою очередь, вы обнаружили бы ускоренную жизнь окружающего вас мира, быстрое перемещение каждого человека, а точно такая же, как ваша, лампочка в руках кого-либо из окружающих стала бы излучать голубой, с вашей точки зрения, свет. Такое неодинаковое, прямо противоположное восприятие вами и окружающими вас людьми можно назвать несимметричным. Подобного несимметричного и, казалось бы, столь естественного результата взаимного наблюдения нет в специальной теории относительности Эйнштейна. В ней каждый из наблюдателей, движущихся друг относительно друга, обнаруживает странное с точки зрения «здравого» смысла, замедление процессов другого наблюдателя, т.е. результаты оказываются симметричными. А может ли и в физике движущихся тел наблюдаться нарушение такой симметрии?

Да, может!

Рассмотрим множество наблюдателей, с большой скоростью V движущихся по окружности большого диаметра. Пусть в центре окружности также находится наблюдатель. Предположим, что в распоряжении каждого из наблюдателей, включая наблюдателя в центре, находятся часы, тубус и лампочка зеленого цвета (Рис.1).

Рис.1

Представим себе, что скорость наблюдателей на окружности такова, что наблюдатель в центре вследствие поперечного эффекта Доплера видит замедленный ход каждых из часов, движущихся по окружности, и воспринимает цвет лампочек, летящих вместе с наблюдателями по окружности, как желтый. наблюдатель окружность излучение замедление

Как Вы думаете, что будут видеть в центре окружности наблюдатели, находящиеся на окружности?

Чтобы ответить на этот вопрос вспомним, что происходит, если наблюдатель движется в поперечном направлении по отношению к потоку монохроматического излучения. Вследствие аберрации, поток света падает на наблюдателя не под прямым углом по отношению к направлению его движения, а под острым к этому направлению. Одновременно происходит сдвиг спектральной линии излучения в сторону коротких волн.

Наблюдатели на окружности будут видеть ускоренный ход часов, а цвет лампочки воспримут как голубой. Движущиеся наблюдатели на окружности никогда не увидят лампочку желтой, а часы замедлившими свой темп, поскольку лучи света от лампочки центрального наблюдателя распространяются по радиусам окружности. Если наблюдатели на окружности направят взгляд внутрь окружности перпендикулярно направлению своего движения (строго в центр вращения), то из-за аберрации света не увидят в центре зрения ни лампочки, ни наблюдателя - ведь свет из-за аберрации падает на движущегося по окружности наблюдателя не перпендикулярно к направлению его движения, а под некоторым углом спереди. В случае использования движущимся наблюдателем тубуса, удерживаемого им перпендикулярно направлению своего движения, свет, исходящий от лампочки центрального наблюдателя, не попадет в тубус и будет поглощен стенками тубуса. Чтобы увидеть центрального наблюдателя, наблюдателю на окружности нужно смотреть под острым углом к направлению его движения (или сориентировать под этим углом тубус). Только тогда он увидит центрального наблюдателя и обнаружит, что цвет лампочки голубой, а часы идут ускоренно. Острый угол наблюдатель может найти экспериментально либо рассчитать, зная скорость V, с которой он летит по окружности поперек лучей.

То, что цвет лампочки будет восприниматься как голубой, нетрудно понять, предположив, что центральный наблюдатель отправил световой импульс зеленого цвета на зеркало, которое один из наблюдателей на окружности держит в руках, так, что, отразившись от него, импульс возвращается к центральному наблюдателю. Т.е. зеркало должно быть сориентировано нормалью к центру окружности. Для центрального наблюдателя вернувшийся импульс представляет собой импульс зеленого цвета, поскольку поперечное движение зеркала в специальной теории относительности не изменяет цвета отраженного от него луча. Но если полученный от движущегося наблюдателя импульс зеленый, значит, движущийся наблюдатель воспринимал его как сдвинутый в коротковолновую область (голубой).

Наблюдатели, движущиеся по окружности, не вправе объяснять голубой цвет лампочки доплеровским эффектом, обусловленным движением центрального наблюдателя (ведь движутся они сами, а не центральный наблюдатель, причем движутся поперек луча). Они могут объяснить голубой цвет лишь тем, что двигаясь поперек зеленого луча, испытывают замедление времени и воспринимают зеленый луч, как голубой из-за замедления всех процессов в их вращающейся «лаборатории»

А что увидит сопутствующий инерциальный наблюдатель (наблюдатель сопутствующей инерциальной системы отсчета), в какой-то момент времени оказавшийся рядом с одним из наблюдателей, летящих по окружности?

Это будет зависеть от того, какую скорость он себе припишет. Ведь наблюдатель сопутствующей инерциальной системы отсчета вправе допустить и состояние собственного покоя, и состояние собственного движения. Если он будет считать себя покоящимся, то направит свой взгляд перпендикулярно направлению движения центрального наблюдателя в своей системе отсчета и увидит желтую лампочку и замедленный ход часов. Если же он, также как и наблюдатель на окружности, будет считать, что движется со скоростью V поперек луча, то посмотрит в ту же сторону, в которую смотрит наблюдатель на окружности, и, конечно же, как и последний, тоже увидит голубую лампочку. И наконец, если он по каким-то причинам припишет себе скорость, равную ЅV, то рассчитав нужный угол и направив под этим углом тубус, он увидит зеленую лампочку и нормальный темп хода часов центрального наблюдателя.

Такое направление взгляда (тубуса) и наблюдаемая при таком направлении неизменность хода наблюдаемых движущихся часов соответствуют признанию сопутствующим наблюдателем своего движения относительно некоторой системы отсчета с такой же скоростью ЅV, с какой в этой системе также движется, но в противоположном направлении, центральный наблюдатель. Так как сопутствующий и центральный наблюдатели движутся в этой системе отсчета с одинаковыми скоростями (хотя и в разных направлениях), то они испытывают одинаковое замедление времени. Взаимная компенсация одинакового замедления приводит к тому, что ход часов и цвет лампочки центрального наблюдателя, со скоростью ЅV движущегося в данной системе отсчета, воспринимается движущимся с такой же скоростью ЅV в другую сторону сопутствующим наблюдателем как обычные.

Физически возможность наблюдения замедленности времени в центре окружности инерциальным наблюдателем сопутствующей системы отсчета объясняется тем, что наблюдатель может получать испущенное центральной лампочкой излучение не только на окружности, но и за ее пределами.

Интересно следующее обстоятельство. Если бы наблюдатель, движущийся по окружности, получил световой импульс, испущенный движущимся источником света из диаметрально противоположной точки окружности, то он не обнаружил бы поперечного эффекта Доплера, хотя источник и приемник в этом случае движутся друг относительно друга. Пусть, например, от зеленого источника света на окружности ушел световой импульс, который, миновав центр окружности, попал в диаметрально противоположную точку окружности. Это может быть импульс, посланный как наблюдателем на окружности, так и сопутствующим наблюдателем. В момент пересечения импульсом окружности по ней движется другой наблюдатель. Какого цвета импульс он увидит? Нетрудно понять, что он увидит зеленый импульс. Ведь импульс зеленого света, испущенный из точки окружности, для центрального наблюдателя, мимо которого идет этот импульс, представляется из-за замедления времени испустившего этот импульс движущегося по окружности источника желтым. С другой стороны, частота световой волны желтого импульса, вышедшего из центра окружности и пришедшего к движущемуся наблюдателю на окружности, воспринимается последним из-за собственного замедления времени, как сдвинутая в коротковолновую область, и импульс для этого наблюдателя приобретает зеленый цвет. Размещено на Allbest.ru