پارادوکس دوقلوها

پارادوکس دوقلوها twin paradox

در پست‌های پیشین دیدیم که اتساع زمان در نسبیت خاص، چگونه بر ساعت‌های مختلف از جمله ساعت بیولوژیک بدن، تاثیر می‌گذارد. مطابق نسبیت خاص، زمان برای جسمی که با سرعت بالا (نزدیک به سرعت نور) حرکت می‌کند، نسبت به جسمی که ساکن است، آهسته‌تر می‌گذرد.

حال تصور کنید که یک خواهر و برادر دوقلو روی زمین قرار دارند.

طی آزمایشی، برادر روی زمین باقی مانده و خواهر، سوار بر فضاپیمایی می‌شود که با سرعت به سمت یک سیاره رفته و باز می‌گردد. براساس اتساع زمان در نسبیت خاص، برادر می‌داند که زمان برای خواهرش که سوار بر فضاپیماست، آهسته‌تر از او می‌گذرد و بنابراین انتظار دارد زمانی که خواهرش به زمین باز می‌گردد، از او جوان‌تر باشد. اما پارادوکس از آنجا آغاز می‌شود که اگر از دید خواهر نگاه کنیم، برای او چنین به نظر می‌رسد که فضاپیما ساکن است و زمین و برادرش که بر روی زمین است، با سرعت در حال دور شدن از او هستند. پس خواهر نیز انتظار دارد که زمان برای برادرش که با سرعت در حال دور شدن از اوست، آهسته‌تر بگذرد و بنابراین او انتظار دارد زمانی که به زمین بازگردد، برادرش جوان‌تر از او باشد.

پس پارادوکس دوقلوها بدین شکل است که هر یک از دوقلوها انتظار دارد دیگری از او جوان‌تر مانده باشد. البته با بازگشت خواهر به زمین ( یا زمین به خواهر )، برای هر دو مشخص می‌شود که زمان برای کدامیک آهسته‌تر گذشته است. چرا که در هر صورت یکی از آن‌ دو جوان‌تر و دیگری پیرتر است.

اما برای حل این پارادوکس بایستی توجه داشته باشیم که قوانین نسبیت خاص، تنها برای چیزی (دستگاه مرجع لخت) که نسبت به دیگری در حال حرکت است، اعمال می‌شود.

در این‌ آزمایش، در واقع کسی که حرکت کرده است، خواهر بوده است و این خواهر است که در حال حرکت به سمت یک سیاره‌ی دیگر است و از حالت سکون (دستگاه مرجع لختی که برادر نیز در آن قرار دارد) به یک سرعت ثابت (دستگاه مرجع لخت دیگر) پرش می‌کند. این دقیقا شبیه این است که شما کنار خیابان ایستاده باشید و ماشینی شروع به حرکت کند. اگر ماشین با سرعت ۲۰ کیلومتر بر ساعت از شما دور شود، کسی که درون ماشین است، مشاهده می‌کند که شما با سرعت ۲۰ کیلومتر بر ساعت، در حال دور شدن هستید.

اما در واقع این ماشین است که در حال حرکت است نه شما که در کنار خیابان ایستاده‌اید. بنابراین این پارادوکس بدین شکل حل می‌شود و لذا زمانی که خواهر از این سفر به زمین بازگردد، خود را جوان‌تر از برادرش می‌یابد.