Парадокс близнецов - это мысленный эксперимент, который демонстрирует любопытное проявление замедление времени в современной физике, как это было введено Альберт Эйнштейн через теорию относительности.
Рассмотрим двух близнецов по имени Бифф и Клифф. В свой 20-й день рождения Бифф решает сесть в космический корабль и взлететь в космос, летя почти скорость света. Он путешествует по космосу с такой скоростью около 5 лет, возвращаясь на Землю, когда ему 25 лет.
Клифф, с другой стороны, остается на Земле. Когда Бифф возвращается, оказывается, что Клиффу 95 лет.
Что произошло?
Согласно теории относительности, две системы отсчета, которые движутся по-разному друг от друга, испытывают время по-разному, процесс, известный как замедление времени. Поскольку Бифф двигался так быстро, время фактически двигалось для него медленнее. Это можно рассчитать точно, используя Преобразования Лоренца, которые являются стандартной частью относительности.
Twin Paradox One
Первый парадокс близнецов на самом деле не научный парадокс, а логический: Сколько лет Биффу?
Бифф пережил 25 лет жизни, но он также родился в тот же момент, что и Клифф, что было 90 лет назад. Так ему 25 или 90 лет?
В этом случае ответ "оба"... в зависимости от того, каким образом вы измеряете возраст. Согласно его водительскому удостоверению, которое измеряет время Земли (и без сомнения истек), ему 90 лет. По его словам, ему 25 лет. Ни возраст, ни «правильный» или «неправильный», хотя администрация социального обеспечения может сделать исключение, если попытается получить пособие.
Twin Paradox Two
Второй парадокс немного более технический, и в действительности физики значит, когда они говорят об относительности. Весь сценарий основан на идее, что Бифф путешествовал очень быстро, поэтому время для него замедлилось.
Проблема в том, что в относительности задействовано только относительное движение. Так что, если вы рассматривали вещи с точки зрения Биффа, то он все время оставался неподвижным, и это был Клифф, который удалялся на высоких скоростях. Разве вычисления, проводимые таким образом, не должны означать, что Клифф стареет медленнее? Разве относительность не означает, что эти ситуации симметричны?
Теперь, если бы Бифф и Клифф находились на космических кораблях, движущихся с постоянной скоростью в противоположных направлениях, этот аргумент был бы совершенно верным. Правила специальной теории относительности, которые управляют постоянными (инерционными) системами отсчета, показывают, что имеет значение только относительное движение между ними. На самом деле, если вы движетесь с постоянной скоростью, вы даже не можете провести эксперимент в рамках своей системы координат, который бы отличал вас от отдыха. (Даже если вы посмотрели за пределы корабля и сравнили себя с какой-то другой постоянной системой отсчета, вы могли только определить, что один из вас движется, но не какой.)
Но здесь есть одно очень важное различие: Biff ускоряется во время этого процесса. Клифф находится на Земле, которая для целей этого в основном находится "в покое" (хотя в действительности Земля движется, вращается и ускоряется различными способами). Бифф находится на космическом корабле, который подвергается интенсивному ускорению, чтобы читать вблизи скорости света. Это значит, согласно общая теория относительностичто на самом деле Бифф может провести физические эксперименты, которые покажут ему, что он ускоряется... и те же самые эксперименты показали бы Клиффу, что он не ускоряется (или, по крайней мере, ускоряется намного меньше, чем Бифф).
Ключевой особенностью является то, что, хотя Клифф все время находится в одной системе отсчета, Бифф фактически находится в двух системы отсчета - тот, где он путешествует от Земли, и тот, где он возвращается к Земной шар.
Итак, ситуация с Биффом и ситуация с Клиффом не на самом деле симметричный в нашем сценарии. Бифф - абсолютно тот, кто испытывает более значительное ускорение, и, следовательно, он тот, кто проходит наименьшее количество времени.
История парадокса близнецов
Этот парадокс (в другой форме) был впервые представлен в 1911 году Полом Ланжевеном, в котором акцент подчеркивал идею о том, что ускорение Сам был ключевым элементом, который вызвал различие. Поэтому, по мнению Ланжевена, ускорение имело абсолютное значение. Тем не менее, в 1913 году Макс фон Лауэ продемонстрировал, что одних двух систем отсчета достаточно, чтобы объяснить различие, без учета самого ускорения.