„Paradoxul gemenilor” explică relativitatea timpului pe înțelesul tuturor

Teoria relativității speciale, a lui Albert Einstein, ne spune că timpul este relativ. Dar ce înseamnă asta? Cum am putea trăi într-un univers în care nimeni nu poate fi de acord cu privire la când încep evenimentele, când se termină și cât durează? Paradoxul gemenilor explică ce înseamnă să trăiești într-o lume în care totul este relativ.

Pe scurt, relativitatea specială ne spune că ceasurile aflate în deplasare merg mai lent. Acesta este un fenomen numit dilatarea timpului și este un adevăr demonstrat al universului.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Einstein a trebuit să introducă conceptul pentru a salva ceva ce el credea că este mult mai fundamental: universalitatea legilor fizice. Dacă dorim ca legile fizicii să fie aceleași, indiferent de cadrul de referință, perspectivele trebuie să se schimbe pentru observatori la viteze diferite, scrie Space.com.

De unde a pornit Paradoxul gemenilor?

Relativitatea specială spune că un ceas atașat la un obiect aflat în mișcare va ticăi mai lent decât unul care stă pe loc. Și ceea ce este valabil pentru ceasurile în mișcare este valabil pentru orice altceva; fizica, chimia și biologia funcționează toate într-un ritm mai lent în cadrele de referință aflate în mișcare.

Este foarte dificil de măsurat acest efect la scara umană, deoarece apare doar într-o oarecare măsură pe măsură ce ne apropiem de viteza luminii. Totuși este măsurabil.

În 1971, fizicienii Joseph Hafele și Richard Keating au pus ceasuri atomice la bordul avioanelor cu reacție și le-au trimis să zboare în jurul lumii. Atunci când ceasurile s-au întors, acestea nu erau sincronizate cu un ceas de la sol, diferența dintre ele fiind exact valoarea prezisă de relativitatea specială.

Niște gemeni ipotetici

Pentru a explora implicațiile complete ale acestei idei a fost creat „Paradoxul gemenilor”; să începem cu doi gemeni ipotetici, Alice și Bob. Atât timp cât rămân unul lângă celălalt, ceasurile lor vor rămâne sincronizate și ei vor îmbătrâni în același ritm. Dar dacă Bob s-ar urca într-o navă spațială și ar naviga în jurul galaxiei cu o viteză apropiată de cea a luminii, lucrurile ar fi puțin diferite.

Pentru Bob, călătoria ar fi putut dura doar câteva luni sau câțiva ani. Dar în funcție de cât de repede a mers, ar fi putut trece decenii sau chiar secole pentru Alice.

Ce înseamnă cu adevărat Paradoxul gemenilor?

Oricât de zguduitoare ar fi povestea de mai sus, nu este un paradox. Este exact ceea ce spune fizica relativității speciale: diferiți observatori din univers vor avea calcule diferite ale curgerii timpului în funcție de viteza lor.

Iată adevăratul paradox: nimic nu se simte diferit pentru Bob atunci când călătorește. Nu se mișcă cu încetinitorul sau ceva în genul acesta. Totul se simte absolut normal; atât de normal, de fapt, încât atât timp cât nu accelerează, Bob nici nu își poate da seama că se mișcă.

Acesta este experimentul de gândire crucial care l-a ajutat pe Einstein să dezvolte relativitatea specială. Dacă te miști exact cu aceeași viteză (fără accelerări sau decelerări), este imposibil să spui dacă tu ești cel care se mișcă sau dacă stai nemișcat și restul universului se mișcă.

Cum ne dăm seama dacă suntem în mișcare?

Este ca atunci când te afli într-o mașină și vezi mașina de lângă tine mergând cu spatele; pentru o clipă, ai impresia că mergi înainte. Mintea se bazează pe indicii exterioare pentru a ne spune dacă suntem în mișcare.

Așadar, din perspectiva lui Bob, el stă perfect nemișcat și Alice (și întregul Pământ) este cea care se îndepărtează de el. Da, sună improbabil, dar din punct de vedere al fizicii, Bob nu poate face diferența. În calculele lui Bob, ceasul lui funcționează normal și al lui Alice ar trebui să meargă încet.

Prin urmare, atunci când se vor întâlni din nou, ea ar trebui să fie mai tânără decât el, pentru că nu a trecut atât de mult timp pentru ea.

Dar Alice spune exact același lucru despre Bob, pentru că, potrivit ei, ea este cea care stă nemișcată și el este cel care se mișcă.

Cine are dreptate, Alice sau Bob? Acesta este cu adevărat Paradoxul gemenilor.

O problemă de perspectivă

Putem rezolva paradoxul gemenilor privind lucrurile în ansamblu. Este adevărat că atât timp cât Bob zboară cu o viteză constantă, el și Alice vor fi în mod fundamental în dezacord cu privire la curgerea timpului și ambele perspective vor fi valabile. Dar pentru ca ei să se poată compara, Bob trebuie să se întoarcă pe Pământ. Cu alte cuvinte, trebuie să încetinească, să se oprească, să-și întoarcă nava, să reaccelereze și să se întoarcă acasă.

Acest act de întoarcere are un impact major asupra calculării timpului de către Bob. El va face o acțiune care îl va îndepărta de cadrul său special de referință. Și va putea spune că o face nu uitându-se la universul exterior, ci făcând observații în timp ce se află în interiorul rachetei sale: de exemplu, vibrațiile motoarelor și împingerea corpului său spre podea în timpul decelerării.

Ce ne mai spune matematica relativității speciale?

Din cauza acestei asimetrii, perspectiva lui Bob nu mai este la fel de valabilă ca cea a lui Alice și nu mai poate pretinde că stă nemișcat în timp ce universul se mișcă în jurul lui. Atunci când se va întoarce în sfârșit pe Pământ, va ști că el a fost geamănul călător și că el a fost cel care se mișca aproape cu viteza luminii.

Matematica relativității speciale ne spune cât de mult vor îmbătrâni Alice și Bob în propriile lor cadre de referință, iar aceeași matematică demonstrează că vor ajunge să cadă de acord asupra numerelor în cele din urmă.

Vă recomandăm să citiți și:

Universul nostru ar putea avea „ziduri invizibile“ care acționează ca granițe între galaxii

Gravitația mai puternică din Universul timpuriu ar putea rezolva o enigmă cosmologică

O schimbare în fizica Universului ar fi omorât dinozaurii. Gravitația, „vinovată“ de evenimentul de extincție?

De ce extratereștrii nu au vizitat, din câte știm, niciodată Pământul? Oamenii de știință au un răspuns îngrijorător