«پارادوکس دوقلوها» به ما نشان می‌دهد که نسبی بودن زمان واقعاً به چه معناست؟!

 

 

چگونه دنیایی را که در آن زمان نسبی است درک کنیم؟ (اعتبار تصویر: عکاسی بیلی کوری از  گتی ایماژ)

 

نظریه نسبیت خاص اینشتین به ما می‌آموزد که زمان نسبی است. اما نسبی بودن زمان به چه معناست؟ چگونه می‌توانیم در جهانی زندگی کنیم که هیچ کس نمی‌تواند در مورد زمان شروع، زمان پایان و مدت زمان آنها توافق کند؟ “پارادوکس دوقلوها” نشان می‌دهد که زندگی در یک دنیای واقعا نسبی‌گرایانه چگونه است.

 

به زبان ساده، نسبیت خاص به ما می‌گوید که ساعت‌های متحرک به کندی کار می‌کنند. این پدیده‌ای است به نام اتساع زمان است. اینشتین مجبور شد این مفهوم را برای نجات چیزی معرفی کند که فکر می‌کرد بسیار اساسی‌تر است: جهانی بودن قوانین فیزیکی. اگر بخواهیم قوانین فیزیک – که به معنای تجربه فیزیک نیز هست – بدون در نظر گرفتن چارچوب مرجع شما یکسان باشد، دیدگاه‌ها باید برای ناظران با سرعتهای مختلف تغییر کند.

 

نسبیت خاص می‌گوید که ساعتی که به یک جسم متحرک متصل است، با سرعت کمتری نسبت به ساعتی که در حالت ایستاده است و آنچه برای ساعتهای متحرک صدق می‌کند، برای هر چیز دیگری صدق می‌کند. فیزیک، شیمی و زیست شناسی همگی با سرعت کمتری در چارچوب‌های مرجع متحرک عمل می‌کنند.

 

اندازه‌گیری این اثر در مقیاس انسانی بسیار دشوار است، زیرا تنها با نزدیک شدن به سرعت نور تا حد قابل توجهی نشان داده می‌شود. با این حال، قابل اندازه‌گیری است. در سال 1971، فیزیکدانان جوزف هافل و ریچارد کیتینگ، ساعت‌های اتمی را روی هواپیماهای جت قرار دادند و آنها را به سراسر جهان فرستادند. زمانی که ساعت‌ها برگشتند، دقیقاً به اندازه‌ای که نسبیت خاص پیش‌بینی کرده بود، با یک ساعت زمینی هماهنگ نبودند.

 

برای بررسی مفاهیم کامل این ایده، اجازه دهید با چند دوقلو فرضی، آلیس و باب شروع کنیم. تا زمانی که آنها نزدیک یکدیگر بمانند، ساعت آنها هماهنگ می‌ماند و با همان سرعت پیر می شوند. اما اگر قرار بود باب سوار یک کشتی موشکی شود و با سرعت نور نزدیک به کهکشان بچرخد، اوضاع کمی متفاوت خواهد بود.

 

برای باب، شاید فقط چند ماه یا چند سال از سفرش گذشت. اما بسته به این که او چقدر سریع پیش رفت، ممکن است چندین دهه یا حتی قرن‌ها برای آلیس طول بکشد.

 

پارادوکس واقعی

هر چقدر هم که این داستان سر به زیر است، یک پارادوکس نیست. این دقیقاً همان چیزی است که فیزیک نسبیت خاص می خواهد: ناظران مختلف در جهان بسته به سرعتشان محاسبات متفاوتی از جریان زمان خواهند داشت.

 

بنابراین پارادوکس واقعی اینجاست. هیچ چیز برای باب در سفر متفاوت نیست. اینطور نیست که او در حرکت آهسته یا هر چیز دیگری حرکت کند. همه چیز کاملاً طبیعی به نظر می رسد – در واقع آنقدر طبیعی است که تا زمانی که او شتاب نمی‌گیرد، حتی نمی‌تواندگفت که اصلاً در حال حرکت است.

 

این آزمایش فکری مهمی است که به اینشتین کمک کرد نسبیت خاص را توسعه دهد. اگر دقیقاً با همان سرعت حرکت می‌کنید (بدون شتاب یا شتاب)، نمی‌توان تشخیص داد که آیا شما هستید که در حال حرکت هستید یا اینکه آیا شما ثابت می‌مانید و بقیه جهان در حال حرکت هستند.

 

آیا تا به حال شده که سوار ماشین شده باشید و ماشین کنارتان را به عقب ببینید و یک لحظه فکر کنید که دارید جلو می‌روید؟ ذهن شما به نشانه‌های بیرونی تکیه می‌کند تا به شما کمک کند در حال حرکت هستید یا خیر.

 

بنابراین، از دیدگاه باب، او کاملاً بی‌حرکت می‌ماند و این آلیس (و کل زمین) است که از او دور می‌شود. بله، بعید به نظر می‌رسد، اما از نظر فیزیک، باب نمی‌تواند تفاوت را تشخیص دهد. در محاسبات باب، ساعت او به طور عادی کار می‌کند و این آلیس است که باید به آرامی کار کند. بنابراین، هنگامی که آنها دوباره ملاقات کردند، آلیس باید از باب کوچکتر باشد، زیرا زمان زیادی برای او نگذشته است.

 

اما آلیس دقیقاً همین را در مورد باب می‌گوید، زیرا به گفته او، او کسی است که ساکن می‌ماند و او حرکت می‌کند.

 

چه کسی درست می‌گوید، آلیس یا باب؟ این یک پارادوکس واقعی است.

 

یک دیدگاه خاص

ما می‌توانیم پارادوکس دوقلوها را با نگاه کردن به کل تصویر حل کنیم. درست است که تا زمانی که باب با سرعت ثابت در حال پرواز است، او و آلیس اساساً در مورد جریان زمان اختلاف نظر خواهند داشت و هر دو دیدگاه معتبر خواهند بود. اما برای مقایسه، باب باید به زمین بازگردد. به عبارت دیگر، او باید سرعت خود را کم کند، توقف کند، وسیله خود را بچرخاند، دوباره شتاب بگیرد و به خانه بازگردد.

 

این عمل چرخشی تأثیر زیادی بر محاسبه زمان باب دارد. او کاری انجام می‌دهد که او را از چارچوب مرجع خاص خود دور می‌کند و او قادر خواهد بود بگوید که این کار را نه با نگاه کردن به جهان خارج، بلکه با انجام مشاهداتی در حالی که داخل موشک خود است انجام می‌دهد.  برای مثال: ارتعاشات موتورها و فشار بدنه به زمین در هنگام کاهش سرعت.

 

به دلیل این عدم تقارن، دیدگاه باب دیگر به اندازه آلیس معتبر نیست و او دیگر نمی‌تواند ادعا کند ساکن است که در حالی که جهان در اطراف او در حال حرکت است. هنگامی که او سرانجام به زمین بازمی‌گردد، می‌داند که او همزاد مسافر بوده و او کسی است که با سرعت نزدیک به نور حرکت می‌کند.

 

ریاضیات نسبیت خاص به ما می‌گوید که آلیس و باب در چارچوب مرجع خود چقدر پیر خواهند شد و همین ریاضیات نشان می‌دهد که در نهایت بر سر اعداد به توافق خواهند رسید.

 

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

The ‘twin paradox’ shows us what it really means for time to be relative

By Paul Sutter 

https://www.space.com/time-is-relative-twin-paradox