Paradoks bliźniąt

Ze zjawiska dylatacji czasu w mechanice relatywistycznej wynika tak zwany paradoks bliźniąt albo inaczej paradoks zegarków.

Paradoks bliźniąt to popularne doświadczenie myślowe. Załóżmy, że jeden z bliźniaków wyrusza super szybką rakietą kosmiczną w daleką podróż, a drugi pozostaje na Ziemi. Kosmonauta rozpędzi się do prędkości bliskiej prędkości światła w próżni i po wielu latach podróży wróci na Ziemię. Zgodnie ze szczególną teorią względności czas dla podróżującego z dużą prędkością płynął wolniej, stąd bliźniak kosmonauta powinien być młodszy od swojego brata, który pozostał na Ziemi. To sprzeczne z naszą intuicją. Nie na tym jednak polega ów paradoks. Paradoks polega na tym, że przecież kosmonauta może powiedzieć, że względem rakiety to właśnie jego brat porusza się z prędkością bliską światła i to na Ziemi czas płynie wolniej! Przecież ruch jest względny. To kto ma rację?

Opisany wyżej paradoks jest pozorny, gdyż kosmonauta nie znajduje się w układzie inercjalnym. Po pierwsze musi przyspieszyć, przede wszystkim zawrócić i zwolnić, a to czyni jego układ odniesienia nieinercjalnym, a co za tym idzie, to w układzie rakiety czas płynie wolniej.

Rzekomy paradoks nie obala więc szczególnej teorii względności i, chociaż cierpi nasza intuicja, to czas rzeczywiście płynie w różnym tempie, w zależności od tego, w jakim układzie inercjalnym się znajduje.

Pytania

Czy potwierdzono doświadczalnie paradoks bliźniąt?

Wielokrotnie potwierdzono rozsynchronizowanie zegarów w różnych układach inercjalnych, poruszających się z dużą szybkością względem siebie. Są to całkiem mierzalne różnice. Znaczne różnice zaczynają się pojawiać przy prędkościach podświetlnych, a ich uzyskanie w makroświecie przekracza obecnie nasze możliwości.

Jedno z pierwszych takich doświadczeń wykonano w 1943 roku. B. Rossi i N. Nereson mierzyli średni czas życia pewnych cząstek elementarnych. W 1966 r. badano czasy rozpadu mionów i uzyskano potwierdzenie różnicy czasów w różnych układach odniesienia.

Najbardziej spektakularne doświadczenie wykonali J. C. Hafele i R.E. Keating, którzy superdokładne zegary atomowe umieścili w samolotach lecących dookoła Ziemi w różnych kierunkach, a wyniki porównali z zegarem z laboratorium. Potwierdzenie dylatacji czasu opublikowano w 1972 roku. Wynik doświadczenia idealnie zgadzał się z przewidywaniami Einsteina.

Dylatacja czasu

Dylatacja czasu jest to w mechanice relatywistycznej zjawisko wydłużania czasu między dwoma zdarzeniami w układzie odniesienia, względem którego ciało się porusza, w odniesieniu do pomiaru upływu czasu w układzie, w którym dane ciało spoczywa.