Парадоксът близнак е мисловен експеримент, който демонстрира любопитното проявление на дилатация на времето в съвременната физика, както беше въведено от Алберт Айнщайн чрез теорията на относителността.
Помислете за двама близнаци, наречени Биф и Клиф. На 20-ия си рожден ден Биф решава да се качи в космически кораб и да излети в космоса, пътувайки почти скоростта на светлината. Той пътува из Космоса с тази скорост за около 5 години, връщайки се на Земята, когато е на 25 години.
Клиф, от друга страна, остава на Земята. Когато Биф се завръща, се оказва, че Клиф е на 95 години.
Какво стана?
Според относителността две референтни рамки, които се движат различно една от друга, изживяват времето по различен начин, процес известен като дилатация на времето. Тъй като Биф се движеше толкова бързо, действително времето се движеше по-бавно за него. Това може да се изчисли точно с помощта на Лоренцови трансформации, които са стандартна част на относителността.
Парадокс Twin Twin
Първият парадокс близнак всъщност не е научен парадокс, а логичен: На колко години е Биф?
Биф е преживял 25 години живот, но той също се е родил в същия момент като Клиф, което беше преди 90 години. Значи той е на 25 години или на 90 години?
В този случай отговорът е "и двете"... в зависимост от това по какъв начин измервате възрастта. Според шофьорската му книжка, която измерва земното време (и без съмнение е изтекъл), той е на 90 години. Според тялото му е на 25 години. Нито една възраст не е "правилна" или "грешна", въпреки че администрацията за социално осигуряване може да вземе изключение, ако се опита да поиска обезщетения.
Парадокс Twin Twin
Вторият парадокс е малко по-техничен и наистина идва в основата на това физици означава, когато говорят за относителност. Целият сценарий се основава на идеята, че Биф пътува много бързо, така че времето се забави за него.
Проблемът е, че в относителността участва само относителното движение. И така, ако разгледате нещата от гледна точка на Биф, тогава той остава неподвижен през цялото време и Клиф се отдалечава с бързи скорости. Не трябва ли изчисленията, извършени по този начин, да означават, че Клиф е този, който остарява по-бавно? Не означава ли относителността, че тези ситуации са симетрични?
Сега, ако Биф и Клиф бяха на космически кораби, пътуващи с постоянна скорост в противоположни посоки, този аргумент би бил напълно вярен. Правилата за специална относителност, които управляват постоянната скоростна (инерциална) рамка за сравнение, показват, че е важно само относителното движение между двете. В действителност, ако се движите с постоянна скорост, няма дори експеримент, който можете да извършите във вашата референтна рамка, което би ви отличило от това, че сте в покой. (Дори и да погледнете извън кораба и да сравните себе си с някаква друга постоянна референтна рамка, бихте могли да определите само това един от вас се движи, но не кой.)
Но тук има едно много важно разграничение: Биф се ускорява по време на този процес. Клиф е на Земята, който за целите на това в основата си е „в покой“ (въпреки че в действителност Земята се движи, върти и ускорява по различни начини). Биф е на космически кораб, който претърпява интензивно ускорение, за да чете в близост до светлинни скорости. Това означава, според обща относителност, че всъщност има физически експерименти, които биф може да извърши, които биха му разкрили, че той ускорява... и същите експерименти биха показали на Клиф, че той не ускорява (или поне ускорява много по-малко, отколкото е Биф).
Основната характеристика е, че докато Клиф е в една референтна рамка през цялото време, Биф всъщност е на две референтни рамки - тази, където той пътува далеч от Земята, и тази, в която се връща към Земята.
Така че положението на Биф и положението на Клиф са не всъщност симетричен в нашия сценарий. Биф е абсолютно този, който претърпява по-значително ускорение и затова той е този, който претърпя най-малко време.
История на Парадокса на близнаците
Този парадокс (под различна форма) е представен за първи път през 1911 г. от Пол Лангевин, в който акцентът подчертава идеята, че ускорение самият той беше ключовият елемент, който предизвика разграничението. Според Лангевин, ускорението следователно имало абсолютно значение. През 1913 г. Макс фон Лауе обаче демонстрира, че двете референтни рамки сами са достатъчни, за да обяснят разграничението, без да се налага да се отчита самото ускорение.