Эффект замедления времени в СТО

                ***

                Само участие в соревнованиях,
                в компании молодых людей,
                доставляло мне большое удовольствие,
                которое и было главным результатом для меня.
               
                ***

В СТО (специальная теория относительности) выводится соотношение позволяющее сравнивать  ход времени в движущейся системе отсчёта с ходом времени в неподвижной. Если наблюдатель находящийся в системе – К, условно покоящейся, попытается определить время в системе - К`, движущейся относительно системы К со скоростью - V, то он обнаружит, что время в системе К` отстаёт от хода времени в его системе.

dt =dt0/(1-v^2/с^2)(в степени 1/2) (1)

где dt0 – собственный временной интервал системы К`,dt – временной интервал в системе К.

Как следует из формулы (1), при v стремящейся к с, dt стремится к 0.То есть для наблюдателя системы К темп времени в системе К` по мере ее ускорения будет замедляться, а когда ее скорость приблизится к скорости света c, то для наблюдателя К время в системе К` остановится и ни каких изменений в системе К` он больше не обнаружит.

При этом наблюдатель, движущийся в системе К` ощутит изменение своего состояния в процессе ускорения, которое он интерпретирует как действие «гравитационного поля», но изменения темпа собственного времени он не обнаружит, поскольку синхронно изменятся все процессы в системе К`. Для него все кинематические изменения предстанут зеркально противоположно. Наблюдатель К` вначале увидит, что наблюдатель К стал ускоренно от него удаляться и темп времени в его системе стал замедляться, а когда его скорость приблизилась к c, его время остановилось.

Но несмотря на то, что кинематически К и К` симметричны, динамической симметрии между ними нет, поскольку динамическому воздействию «гравитации», вызванной неинерциальным движением, подвергался только наблюдатель К`. Именно это не-инерциальное движение, тождественное «гравитационному» воздействию, и станет причиной замедления темпа всех изменений, в том числе и необратимых изменений, т.е. времени в системе К`.

Таким образом, причиной замедления времени в СТО является не сама скорость, а то, что изменило состояние системы К`, увеличив её скорость от нуля до v, т.е. динамическое ДЕЙСТВИЕ ракетного двигателя. Изменить динамическое состояние объекта в его собственной системе может только внешнее динамическое действие, которое переводит её инерциальное движение в не инерциальное, поддерживая его до тех пор, пока продолжается динамическое ДЕЙСТВИЕ.

Инерциальные движения объекта, с какой бы скоростью они не происходили, не могут вызвать изменения его динамического состояния, т.е. инерциальное движение ни как не влияет на динамическое состояние объекта. Именно поэтому инерциальное движение и покой не различимы. В инерциальных системах не может быть необратимых эволюционных изменений связанных со скоростью их движения, (смотри выражение 1), а значит в них не может быть и изменения времени.

 Скорость v в выражение (1) нужно рассматривать не как характеристику инерциального движения, а как мгновенное значение характеристики не инерциального движения, т.е. как МГНОВЕННУЮ скорость. Для того, чтобы сверить время, нужно систему К и К` привести к одной системе. Это можно сделать несколькими способами: вернуть К` в К; перевести К в К` или К и К` перевести в систему К". При этом реальное отставание времени обнаружится в той системе, которая подвержена была динамическому воздействию при ее неинерциальном движении.

В этой связи показателен опыт с пучком пи -мезонов, полученных в ускорителе. Скорость пионов при этом близка к скорости света, Лоренцев множитель гамма »1. Пролетая до мишени туннель длиной L0 за время t = L0/с, по часам лаборатории, часть пионов успевает распасться . Зная начальное число пионов N0 и их собственное время жизни t0, можно теоретически рассчитать число пионов, долетевших до мишени.
N = N0 ехр (- t/t0) = N0 ехр (-L0/с*t0) (2)

Однако эксперимент показывает, что число пионов, долетевших до мишени, существенно больше. Дело в том, что время жизни пионов, летящих со скоростью v близкой к "с" относительно лаборатории будет не t0 , как у «покоящихся», а t0' = гамма * t0 и тогда
N = N0 ехр (-L0/с*гамма*t0), (3)

что полностью соответствует экспериментальному результату.

Таким образом, эксперимент подтверждает факт «замедления» времени. Однако причиной относительного замедления времени является не относительная скорость движения, взятая сама по себе, а то реальное действие, которое сообщило эту скорость и создало разность состояний между «покоящимися» и движущимися пионами. В данном эксперименте очень быстрые пи-мезоны получаются в результате бомбардировки ускоренными протонами металлической мишени, а для измерения собственного времени жизни пи - мезонов их нужно перевести в состояние «покоя» относительно лаборатории, т. е. замедлить.

Таким образом получают пи - мезоны с совершенно различными состояниями, которые характеризуются разными скоростями. С точки зрения принципа причинности любое изменение может вызвать только реальное действие. В нашем примере замедление хода времени в системе пи - мезонов относительно лаборатории произошло в результате взаимодействия ускоренного протона с ядром и передачи при этом части энергии и импульса пи - мезону, что и стало тем реальным действием, ставшим первопричиной.

Однако результат (3) принципиально иначе интерпретирует наблюдатель, связанный с летящим пи - мезоном. Если Лоренцев множитель (гамма) наблюдатель, связанный с лабораторией, относит к t0, считая (гамма)* t0 = t0' , т. е. как изменение хода времени у летящих пионов, то наблюдатель, летящий с пионами, отнесёт его к L0, считая, что L = L0/(гамма), т. е. как сокращение длины туннеля. Но с позиции принципа причинности такая интерпретация выглядит как не состоятельная, поскольку действие испытал пион, а не туннель.

Сокращение длины туннеля относительно пиона не что иное, как кинематический эффект. Всякое реальное изменение должно быть вызвано только реальным действием. С позиций причинности логичнее будет предположить, что пион, испытавший ускоряющее воздействие и по отношению к лаборатории увеличивший скорость, должен замедлить ход своих часов.

Несмотря на то, что сам наблюдатель, движущийся вместе с пионом, по своим часам этого не обнаружит, поскольку все процессы в его системе и в нём самом изменятся синхронно, но реально испытав ускоряющее воздействие, (аналогичное гравитационному воздействию ), он должен будет понять, что темп времени в его системе относительно лаборатории замедлился, а время его жизни относительно лаборатории увеличилось t0' = (гамма)* t0, что соответствует экспериментальному результату (3).

 Релятивистский эффект сокращения линейных размеров тел, движущихся относительно наблюдателя, не более чем кинематический эффект не влекущий никаких необратимых последствий. Он сродни уменьшению углового размера удаляющегося от нас объекта. Если бы все элементарные микрочастицы после каждого ускоряющего воздействия необратимо меняли свои пространственные размеры, то они давно обратились бы в материальные точки. Все микрочастицы после ускоряющего воздействия меняют своё состояние, что регистрируется наблюдателем в виде релятивистских эффектов: замедления хода времени, (точнее, замедление хода условных часов связанных с микрочастицей), сокращения размеров в направлении её движения и увеличение энергии и массы микрочастицы.

 Однако из всех релятивистских эффектов необратимостью обладает только эффект «замедления времени». Возвращаясь в систему наблюдателя, микрочастица при торможении отдаёт ранее сообщённую ей энергию, или в виде тормозного излучения, если она заряжена, или в виде кинетической энергии при столкновении с покоящимися микрочастицами, если она нейтральна. Таким образом, микрочастица принимает своё прежнее состояние, которое было у неё до ускорения: она приобретает прежние свои размеры и прежнюю массу. Возникает вопрос: как проявится «замедление времени» на состоянии микрочастицы? Увы - никак…

Дело в том, что «фундаментальные» микрочастицы не являются эволюционирующими объектами и время, как сущностная для нас характеристика, им просто не свойственна. Они «существуют» ВНЕ ВРЕМЕНИ. Это вполне естественно, поскольку физически, время проявляет себя ТОЛЬКО в НЕОБРАТИМЫХ ЭВОЛЮЦИОННЫХ изменениях, а поскольку "фундаментальные" частицы не эволюционируют, то у них нет и собственного, (эволюционного, реального физического), времени.

Участие "фундаментальных" частиц в процессе различных взаимодействий принято соотносить с показаниями часов в лаборатории, однако метрологическое время показываемое часами, для самих частиц является внешним и физически с ними ни как не связано. Поскольку метрологическое время непрерывно, то оно позволяет отмерять на оси времени сколь угодно малые интервалы, между различными событиями, (которые способны разрешать часы), и, таким образом, познавать особенности их взаимодействий.