Физика - это область естествознания, наука. Она изучает самые общие и фундаментальные закономерности, которые определяют структуру и эволюцию материальн... читать далее »
Статьи по Физике
18.10.2009 01:01
Парадокс часов. . Физика.
В заключение остановимся на любопытном предсказании теории относительности Эйнштейна, которое получило прямое подтверждение в опытах с элементарными частицами.
Рассмотрим нестабильную частицу, которая в состоянии покоя характеризуется средним временем жизни до распада t0. Если эта частица движется равномерно со скоростью v, то оказывается, что среднее время жизни, наблюдаемое в лаборатории (т. е. покоящимся наблюдателем), должно возрасти по закону
где c — скорость света в вакууме.
Это выражение можно привести к виду
(236.1)
где W — полная энергия частицы, а W0=mc2 — ее энергия покоя. Среднее время жизни частицы возрастает пропорционально ее полной энергии. В опытах с быстрыми мюонами, p-мезонами и K-мезонами наблюдалось возрастание среднего времени жизни этих частиц в десятки раз в точном соответствии с законом (236.1). Это явление можно характеризовать как замедление времени в движущихся телах. В самом деле, процессы, идущие внутри нестабильной частицы, можно рассматривать как некоторые часы, отсчитывающие время. Неподвижные часы отсчитали несколько средних времен жизни, и частица должна была бы давно распасться. Однако собственные часы быстро движущейся частицы идут медленнее — по ним прошла только малая доля среднего времени жизни t0, и частица еще «жива».
Теория относительности распространяет этот вывод на любые физические процессы; биологические процессы не составляют исключения.
Представим ракету, стартующую с Земли, путешествующую в космосе со скоростью, близкой к скорости света, и возвращающуюся на Землю. Часы, находившиеся на ракете, покажут меньшую продолжительность путешествия, чем часы, остававшиеся на Земле. Космонавт постареет меньше, чем его товарищи, не покидавшие Земли. В справедливость этих выводов трудно поверить, и их обозначали как «парадокс часов». Упомянутые опыты с нестабильными частицами заставляют, однако, относится к «парадоксу часов» как к научному факту. Надо заметить, что при скоростях полета порядка десятков километров в секунду, доступных в современной космонавтике, замедление хода часов ничтожно и им можно полностью пренебречь.