Paradoxul geamăn este un experiment de gândire care demonstrează curioasa manifestare a dilatarea timpului în fizica modernă, așa cum a fost introdus de Albert Einstein prin teoria relativității.
Luați în considerare doi gemeni, numiți Biff și Cliff. La 20 de ani, Biff decide să intre într-o navă spațială și să decoleze în spațiul exterior, călătorind aproape viteza luminii. El călătorește în jurul cosmosului cu această viteză de aproximativ 5 ani, întorcându-se pe Pământ când are 25 de ani.
Faleza, pe de altă parte, rămâne pe Pământ. Când Biff se întoarce, se dovedește că Cliff are 95 de ani.
Ce s-a întâmplat?
Conform relativității, două cadre de referință care se mișcă diferit una de cealaltă experimentează timpul în mod diferit, un proces cunoscut ca dilatarea timpului. Deoarece Biff se mișca atât de repede, timpul era în mișcare mai lent pentru el. Acest lucru poate fi calculat folosind cu exactitate Transformări Lorentz, care sunt o parte standard a relativității.
Twin Paradox One
Primul paradox gemelar nu este într-adevăr un paradox științific, ci unul logic: Câți ani are Biff?
Biff a trăit 25 de ani de viață, dar s-a născut și în același moment ca Cliff, care a fost acum 90 de ani. Deci are 25 de ani sau 90 de ani?
În acest caz, răspunsul este „ambele”... în funcție de modul în care măsori vârsta. Conform permisului de șofer, care măsoară timpul Pământului (și, fără îndoială, a expirat), are 90 de ani. Potrivit corpului său, are 25 de ani. Nici vârsta nu este „corectă” sau „greșită”, deși administrația de securitate socială ar putea face excepție dacă încearcă să solicite prestații.
Paradoxul două două
Al doilea paradox este ceva mai tehnic și ajunge cu adevărat la inima a ceea ce fizicienii înseamnă când vorbesc despre relativitate. Întregul scenariu se bazează pe ideea că Biff călătorea foarte repede, așa că timpul a încetinit pentru el.
Problema este că, în relativitate, este implicată doar mișcarea relativă. Deci, dacă iei în considerare lucrurile din punctul de vedere al lui Biff, atunci el a rămas staționar tot timpul, iar Cliff era cel care se îndepărta cu viteză rapidă. Nu ar trebui să se calculeze astfel că Cliff este cea care îmbătrânește mai încet? Relativitatea nu înseamnă că aceste situații sunt simetrice?
Acum, dacă Biff și Cliff s-ar afla cu nave naționale care călătoresc cu viteze constante în direcții opuse, acest argument ar fi perfect adevărat. Regulile relativității speciale, care guvernează cadrele de referință (inerțiale) cu viteză constantă, indică faptul că numai importanța relativă dintre cele două este ceea ce contează. De fapt, dacă vă deplasați cu o viteză constantă, nu există nici măcar un experiment pe care îl puteți efectua în cadrul de referință care să vă distingă de a fi în repaus. (Chiar dacă ai privi în afara navei și te-ai compara cu un alt cadru de referință constant, nu poți determina asta unul dintre voi se mișcă, dar nu care.)
Dar există o deosebire foarte importantă aici: Biff se accelerează în timpul acestui proces. Faleza este pe Pământ, care, în scopul acestui fapt, este practic „în repaus” (chiar dacă în realitate Pământul se mișcă, se rotește și se accelerează în diverse moduri). Biff se află pe o navă spațială care suferă o accelerație intensă pentru a citi în apropierea vitezei. Acest lucru înseamnă, potrivit relativitate generală, că există de fapt experimente fizice care ar putea fi efectuate de Biff, care i-ar dezvălui că accelerează... și aceleași experimente ar arăta lui Cliff că el nu accelerează (sau cel puțin accelerează mult mai puțin decât este Biff).
Caracteristica cheie este că, în timp ce Cliff este într-un cadru de referință tot timpul, Biff este de fapt în două cadre de referință - cea în care călătorește departe de Pământ și cea în care se întoarce la Pământ.
Deci situația lui Biff și situația Cliff sunt nu de fapt simetric în scenariul nostru. Biff este absolut cel care suferă o accelerație mai semnificativă și, prin urmare, el este cel care trece cel mai puțin timp.
Istoria paradoxului geamăn
Acest paradox (într-o altă formă) a fost prezentat pentru prima dată în 1911 de Paul Langevin, în care accentul a subliniat ideea că accelerare el însuși a fost elementul cheie care a determinat distincția. În viziunea lui Langevin, accelerația, prin urmare, a avut un sens absolut. În 1913, totuși, Max von Laue a demonstrat că cele două cadre de referință sunt suficiente pentru a explica distincția, fără a fi nevoie să țină cont de accelerația în sine.