نظریه پارادوکس (Twin Paradox) دوقلوها چیست؟

پارادوکس دوقلوها یک آزمایش فکری است که نشان‌دهنده تأثیر زمان در فیزیک مدرن بوده که بر مبنا تئوری نسبیت انیشتین مطرح‌شده است. درواقع این تئوری مطرح می‌کند که سرعت زیاد، اثر زمان را بر روی شئ کمتر خواهد کرد. درواقع سرعت باعث فرار از زمان می‌شود.

دو دوقلو را در نظر بگیرید که کاملاً همسان و هم‌شکل هستند، یکی از دوقلوها تصمیم می‌گیرد در سن ۲۰ سالگی با استفاده از یک سفینه فضایی به فضا برود و با سرعت نور حرکت کند. او حدود ۵ سال در فضا با این سرعت حرکت می‌کند و وقتی که به زمین برمی‌گردد، ۲۵ سال سن دارد. اما دوقلو دیگری که بر روی زمین مانده است هنگام بازگشت برادر دوقلویش از فضا به زمین، ۹۵ ساله است.

حال اگر دو ساعت همراه این دو فرد باشد، شخصی که در زمین است، وقتی ساعت شخصی که در فضا هست را مشاهده می‌کند متوجه می‌شود، این ساعت خیلی کند کار می‌کند و این اتفاق به دلیل اتساع زمان است. این مسئله از دید فردی که به فضا رفته است نیز به همین صورت اتفاق می‌افتد. این امر را می‌توان از طریق نظریه نسبت انیشتین توجیه کرد و بخش نسبیت عام این دانشمند به این سؤال، پاسخ می‌دهد.

اتساع زمان چیست: اتساع زمان یکی از مفاهیم فیزیکی مربوط به نظریه نسبیت خاص آلبرت اینشتین هست که مبنی بر پایه نسبیت این‌گونه بیان می‌شود که شما بسته به سرعتی که در حین سفر خود دارید زمان کمتر یا بیشتری را نسبت به دیگر اشخاص تجربه می‌کنید.

چه اتفاقی افتاده است؟
این دو فرد به‌صورت کاملاً متفاوت تجربه متفاوتی از زمان را داشته‌اند. زمانی که دوقلو اول در فضا با سرعت نور در حرکت بود، دوقلو دوم بر روی زمین با سرعت کمی حرکت میکرد. بر طبق مطلب منتشر شده فوق، این واقعیت که در اجسام متحرک زمان کندتر عمل می کند، در طول سالیان گذشته با انجام آزمایش‌های متعدد تکرار شده و به اثبات رسیده است. با توجه به تحلیل نسبیت عام، ساعت کسی که شتاب گرفته است عقب می‌ماند. یعنی بازۀ زمانی کوتاه‌تری را احساس می کند و جوان‌تر میماند.

نظریه نسبیت انیشتین:

نظریه نسبیت به فضا و زمان ربط دارد که انیشتین آن را در دو نظریه نسبیت خاص و عام تقسیم کرده است.
وقتی در یک اتومبیل در حرکت هستید و بیرون پنجره نگاه می‌کنید و درختان را می‌بینید، وقتی از شما می‌پرسند که در حال حرکت هستید، می‌گویید بله، زیرا درختان ثابت هستند و شما آن‌ها را یکی پس از دیگری پشت سر می‌گذارید. حال مکانی را در نظر بگیرید که در آن هیچ شئ وجود ندارد و در خلأ کامل هستید؛ آیا بازهم متوجه می‌شوید در حال حرکت هستید یا خیر؟ پس شما سرعت و حرکت خود را نسبت به یک شئ ثابت مانند درخت مطرح کرده‌اید. بنابراین حرکت یک امر نسبی است.

مورد دوم در این نظریه این است که هیچ چارچوب مرجع ثابتی در جهان وجود ندارد. مثلاً شما بر روی صندلی در حال استراحت بوده و گمان می‌کنید ثابت هستید، اما شما در حال چرخش به دور خورشید هستید زیرا زمین در حال حرکت به دور خورشید است بنابراین شما ثابت نیستید.

نسبیت خاص انیشتین:

نسبیت خاص درواقع بر روی ساختار زمان تمرکز دارد. در این بخش با نتایج حاصل از این نظریه آشنا می‌شویم:
• سرعت همواره نسبی است و هیچ چارچوب مرجع واحدی وجود ندارد.
• سرعت نور برای همه‌ی چارچوب‌های مرجع همواره ثابت است.
• دو رویداد که برای یک ناظر هم زمان است ممکن است برای ناظر دیگری که نسبت به ناظر اول در حال حرکت می‌باشد، همزمان نباشد.
• ساعت‌هایی که در حال حرکت هستند، کندتر می‌گذرند.
• یک ناظر یک شئ که در راستای حرکت او حرکت می‌کند را کوتاه‌تر می‌بیند.
• جاذبه در فضا با سرعت نور حرکت می‌کند.
• نور بیشترین سرعت ممکن را دارد.

نسبیت عام انیشتین:

نسبیت خاص برای اجسام با سرعت ثابت است. وقتی جسمی شتاب داشته باشد چه اتفاقی رخ می‌دهد. یکی از این حرکت‌های شتاب‌دار جاذبه است. بنابراین نسبیت عام جاذبه را نشان می‌دهد. بر اساس نسبیت عام، اجسام برحسب جرم خود فضا و زمان را دچار خمیدگی می‌کنند. به‌طور مثال در طبقات پایین‌تر یک آسمان‌خراش زمان کندتر از طبقات فوقانی می‌گذرد چرا که اثر جاذبه در طبقات تحتانی بیشتر است. پس افرادی که در طبقه اول زندگی می‌کنند دیرتر پیر می‌شوند.