мини|Шема на искривување на простор-време Во физиката, парадоксот на близнаци е мисловен експеримент во специјалната теорија за релативноста вклучувајќи идентични близнаци,од кои еден патува во вселената во ракета со голема брзина и се враќа дома да утврди дека близнакот кој останал на Земјата остарел повеќе. Овој резултат се чини збунувачки, бидејќи секој близнак го гледа другиот близнак како се движи, и така, во согласност со неправилна наивна, Extract of page 541 апликација на временска дилатација и принципот на релативност, секој би требало парадоксално да открие дека другите остареле побавно.Сепак, ова сценарио може да се реши во стандардните рамки од специјална релативност: траекторијата на патување на близнакот вклучува две различни инертни рамки, една за излезни патувања и една за влезни патувања, така што не постои симетрија меѓу просторно-временските патеки на двата близнаци. Затоа, парадоксот на близнаци не е парадокс, во смисла на логичка противречност.

Почнувајќи од Пол Лангевин во 1911,почнале дапостојат разни објаснувања за овој парадокс. Овие објаснувања "можат да се групираат во оние кои се фокусираат на влијанието на различни стандарди на истовременост во различни рамки, како и оние кои го означуваат забрзувањето [искусени од страна на близнакот кој патува] како главна причина...". Макс фон Лауе тврдел во 1913 година дека штом близнакот кој патува мора да биде во две одделни инертни рамки, една на излез, а друг на патот назад, оваа рамка е причина за разликата во стареењето, а не на забрзување по себе. Објаснувања изнесени од страна на Алберт Ајнштајн и Макс Борн повикуваат гравитациското време на дилатација да го објасни стареењето, како директен ефект на забрзување.

Парадоксот на близнаци е потврден експериментално од прецизни мерења на атомски часовници пренесени во авиони и сателити. На пример, гравитациското време на дилатација и специјалната теорија за релативноста заедно да се користат за да се објасни експеримент Хафел-Китинг. Тоа исто така било потврдено во акцелератори на честички со мерење на времето на дилатација на циркулирачкиот носач на честичка.

Историја

Во неговот познато дело за специјалната релативност во 1905, Алберт Ајнштајн предвидел дека кога два часовника биле приближени и синхронизирани,и тогаш едниот бил поместен па вратен назад,часовникот кој бил подложен на патување,заостанува зад часовникот кој останал. Ајнштајн смета дека тоа е природна последица на специјалната релативност, а не парадоксот како што некои сугерираат, и во 1911 година, тој ја истакна и ја елаборира за овој резултат:. via August Kopff, Hyman Levy (translator), The Mathematical Theory of Relativity (London: Methuen & Co., Ltd., 1923), p. 52, as quoted by G.J. Whitrow, The Natural Philosophy of Time (New York: Harper Torchbooks, 1961), p. 215.

"Ако поставиме еден жив организам во кутија ... би можело да се организира дека организмот, по било кој произволно долг лет, може да се врати во првобитната позиција во едвај променета состојба, додека соодветните кореспондирачки организми,веќе останале во нивната оригинална положба отворајќи пат на новите генерации. За движечкиот организам, подолгото време на патувањето се чини како само еден миг,подразбирајќи дека движењето е со брзината на светлината.."

Ако стационарниот организам е човекот и оној што патува е неговиот брат близнак, тогаш патникот се враќа дома да открие дека неговиот брат близнак многу повозрасен во споредба со самиот себе. Парадоксот се концентрира околу тврдењето дека, во релативноста,било кој од близнаците би можел да го смета другиот како патник, и во секој случај го наоѓа другиот помлад-логичка противречност.Со ова тврдење се претпоставува дека ситуациите на близнаците се симетрични и заменливи, претпоставка што не е точна. Исто така, биле направени експерименти за да се поддржи предвидувањето на Ајнштајн. ...

Во 1911 година, Пол Лангевин даде "зачудувачки пример" со опишување на приказната за еден патник патувајќи во Лоренцовиот фактор на (99,995% од брзината на светлината). Патникот останува во проектилот една година од своето време, а потоа се менува правецот. По враќањето, патникот ќе најдете дека тој остарел две години, а 200 години поминале на Земјата. За време на патувањето, и патникот и Земјата испраќале сигнали до друг на константна стапка, што ја сместува приказната на Лангевин меѓу верзиите на Доплеровиот ефект за парадоксот на близнаци. Релативистичките ефекти врз стапката на сигналот се користат за да сметат за различни стапки стареење. Асиметријата која се случува затоа што само патникот е подложен на забрзување, се користи за да се објасни зошто постои никаква разлика на сите, бидејќи "секоја промена на брзината, или било забрзувањето има апсолутна смисла". (translated by J. B. Sykes, 1973).

Макс фон Лауе (1911, 1913) се осврна на објаснувањето на Лангевин. Со користење на просторниот формализам на Минковски, Лауе се нафаќа да покаже дека светските линии на инертно подвижните тела го зголемуваат соодветното време поминатото помеѓу два настани. Тој, исто така пишува дека асиметричното стареење е целосно земено предвид од страна на фактот дека астронаутот близнак патува во две одделни рамки, додека близнакот на Земјата останува во една рамка, а во времето на забрзување може да биде произволно мала во споредба со времето на инертното движење. На крајот, лорд Халсбури и други го отстрануваат било кое забрзување преку воведување на пристапот "три браќа". Патувачкиот близнак го пренесува неговиот часовник на трета личност, при што патуваат во спротивна насока. Друг начин за избегнување на ефектот на забрзување е употребата на релативистичкиот Доплеров ефект (видете Како изгледа: релативистички Доплеровиот ефект подолу).

Ниту Ајнштајн ниту Лангевин не ги сметале таквите резултати да бидат буквално парадоксални. Ајнштајн само го нарече "чудно" додека Лангевин го претстави како последица на апсолутно забрзување "We are going to see this absolute character of the acceleration manifest itself in another form." ("Nous allons voir se manifester sous une autre forme ce caractère absolu de l'accélération."), page 82 of Langevin1911 Парадокс во логична и научна употреба се однесува на резултатите кои се инхерентно контрадикторни (што е, логично невозможно ), и двајцата тврдеа дека, од диференцијално време илустрирано со приказната за близнаците, не постои самопротивречие би можела да биде конструирана. Со други зборови, ниту пак Ајнштајн ни Лангевин не виделе дека приказната за близнаците претставува предизвик за само-доследност на релативистичката физика.

Конкретен пример Разгледуваме вселенски брод кој патува од Земјата до најблискиот ѕвезден систем: на растојание ,со брзина (т.е. 80 проценти од брзината на светлината).

(За да се поедностават бројките,се претпоставува дека бродот ја постигнува својата полна брзина веднаш по заминувањето—всушност би требало да забрзува една година за 1 g за да ја достигне таа брзина.)

Страните ќе ја надгледуваат ситуацијата,од што следува:, Extract of page 74, Extract of page 27

Кружното патување ќе трае t = 2D / V = 10 години Земјино време (т.е. сите на Земјата ќе бидат 10 години постари кога бродот ќе се врати). Износот на времето што се мери на часовниците на бродот и стареењето на патниците за време на нивното патување ќе се намали од страна на фактор , реципрочното од Лоренцовиот фактор. Во овој случај ε = 0,6 и патниците ќе се на возраст од само 0,6 × 10 = 6 години кога ќе се вратат.

Членовите на екипажот на бродот, исто така, ги пресметуваат деталите на нивното патување од нивна перспектива. Тие знаат дека далечниот ѕвезден систем и Земјата се движат слично на брод со брзина V за време на патувањето. Во остатокот од рамката растојанието меѓу Земјата и системот на ѕвездата е εd = 0.6d = 2,4 светлосни години, за двата правци на патување. Секоја половина на патувањето трае 2.4 / v = 3 години, и кружно патување опфаќа 2 × 3 = 6 години. Нивните пресметки покажуваат дека тие ќе пристигнат дома остарени за 6 години. Конечната пресметка на патниците е во целосна согласност со пресметките на оние на Земјата, иако тие го доживуваат патувањето сосема поинаку од оние кои остануваат на Земјата.

Ако се родат близнаци на денот кога бродот заминува, и едниот оди на патувањето, додека другиот престојува на Земјата, тие ќе се сретнат повторно, кога патникот ќе има 6 години и оној кој останал 10 години. Пресметката ја илустрира употребата на феноменот на должинска контракција и експериментално потврдениот феноменот на временска дилатација за да се опишат и да се пресметаат последиците и предвидувања на специјалната теорија за релативноста на Ајнштајн.

Резолуција на парадоксот во специјалната теорија за релативност

Парадоксалниот аспект на состојбата на близнаците произлегува од фактот дека во секој даден момент часовникот на патувачкиот близнак работи бавно во однос на инертната рамка на близнакот кој останал на Земјата, но подеднакво и часовникот на близнакот кој останал работи бавно во однос на инертната рамка на патувачкиот близнак.Резолуцијата е дека близнакот кој останал е во иста инертна рамка во текот на патувањето, но патувачкиот близнак не: во наједноставната верзија на мисловниот експеримент патувачкиот близнак се поместува во средина на патувањето од одмор во инерцијална рамка со брзина во еден правец (далеку од земјата) за да одмара во инерцијална рамка со брзина во спротивна насока (до земјата).

Улогата на забрзувањето Иако некои текстови доделија клучна улога за забрзување на патувачкиот близнак во времето на пресвртот, други забележуваат дека ефектот се случува, исто така, ако некој замислува посебно патници доаѓајќи однадвор и одејќи навнатре, кои се разминуваат едни со други и ги синхронизираат своите часовници на точка што одговара на "пресврт" на еден патник. Во оваа верзија, забрзувањето не игра директна улога; "Прашањето е колку се долги светските линии, а не колку свиткани.Должината тука е Лоренцовата непроменлива должина или "правилен временски интервал" на траекторијата што одговара на поминатото време мерено на траекторијата. Во време-просторот на Минковски,патувачкиот близнак мора да чувствува различна историја на забрзувања од близнакот кој останал , дури и ако тоа значи забрзувања од иста големина одделени со различни количини на време,меѓутоа, дури и оваа улога на забрзувањето може да се отстрани во формулациите на близначкиот парадокс во закривениот простор.

Релативност на истовременост