خانه / پارادوکس / دوقلو – Twin paradox

دوقلو – Twin paradox

پاردوکس دوقلو
پاردوکس دوقلو

دوقلو -پارادوکس- یکی از معماهای فیزیک مدرن پارادوکس دوقلوها است که توسط آلبرت انیشتین مطرح شد

پاردوکس دوقلو

در فیزیک- پارادوکس دوقلو یک آزمایش فکری در نسبیت خاص شامل دوقلوهای همسان- که یکی از آنها را می سازد به سفر به فضا در یک موشک با سرعت بالا و به خانه برگشت برای پیدا کردن که دوقلو که بر روی زمین باقی مانده است بیشتر ساله است. این نتیجه به نظر می رسد گیج کننده چرا که هر یک دوقلو می بیند دوقلو دیگر به عنوان در حال حرکت- و به همین ترتیب- با توجه به و ساده و بی تکلف نرم افزار نادرست از اتساع زمان و از اصل نسبیت- هر شکلی متناقض باید پیدا کردن دیگر به کمتر از سن است. با این حال- این سناریو می تواند در چارچوب استاندارد نسبیت خاص حل و فصل: مسیر که هر دو به را شامل دو فریم های مختلف ساکن- یکی برای سفر عازم ناحیه دور و یکی برای سفر به درون- و بنابراین هیچ تقارن بین مسیر فضازمان از دوقلوها وجود دارد . بنابراین- تناقض دوقلو یک پارادوکس در مفهوم یک تناقض منطقی نیست.

شروع با پل لانگوین در سال 1911- وجود داشته است تبیین های مختلفی از این تناقض بوده است. این توضیحات -را می توان به کسانی که در اثر استانداردهای مختلف همزمان در فریم های مختلف تمرکز- و کسانی که تعیین شتاب -تجربه شده توسط دو به- به عنوان دلیل اصلی … گروه بندی می شوند-. ماکس فون لایو در سال 1913 استدلال کرد که از دو به باید در دو چارچوب مرجع لخت جداگانه- یکی در راه و دیگری در راه برگشت- این سوییچ فریم دلیل تفاوت پیری- نه شتاب در هر سه است. توضیحات مطرح شده توسط آلبرت انیشتین و ماکس بورن قرار استناد اتساع زمان گرانشی به توضیح است که پیری به عنوان یک اثر مستقیم شتاب.

اتساع زمان به طور تجربی توسط اندازه گیری های دقیق از ساعت های اتمی پرواز در هواپیما و ماهواره تایید شده است. به عنوان مثال- اتساع زمان گرانشی نسبیت خاص- با هم به توضیح این آزمایش ها Hafele-کیتینگ استفاده شده است. همچنین در شتاب دهنده های ذرات با اندازه گیری زمان اتساع گردش پرتوهای ذرات تایید شد.

نسبیت خاص یکی از نظریاتی است که انیشتین مطرح کرده و شامل دو فرضیه است :

قوانین فیزیک از دیدگاه هر شخصی یا چهارچوب هر شخصی- تا هنگامی که سرعت یکنواخت دارد یکسان است.
سرعت نور در خلا برای تمامی ناظرها یکسان است.

نسبیت خاص بطور خلاصه تنها نظریه ایست که در سرعتهای بالا- هنگامی که سرعت ثابت است. می توان به اعداد و محاسباتش اعتماد کرد- وقتی جسمی با سرعت نزدیک سرعت نور حرکت کند زمان برای او بسیار آهسته می گذرد. و ابعاد این جسم کوچک تر می شود. جرم جسمی که با سرعت بسیار زیاد حرکت می کند دیگر ثابت نیست بلکه افزایش پیدا می کند. اگر جسمی با سرعت نور حرکت کند- زمان برایش متوقف می شود- طولش به صفر میرسد و جرمش بی نهایت میشود.

از نتایج جالب تیوری نسبیت خاص می توان به بیان ارتباط میان زمان و فضا واینکه تمام موجودیت ها در دنیا با یکدیگر مرتبط بوده و بر یکدیگر اثر می گذارند- اشاره کرد.

زمان با آهنگ متفاوتی بسته به حرکت ما می گذرد که به آن اتساع زمان گفته می شود

پارادوکس دوقولوها

مطابق نسبیت خاص انیشتین- ما می توانیم از همزاد دوقلوی خودمان پیرتر باشیم-زیرا زمان بسته به نوع حرکت ما می تواند آهسته تر یا تند تر سپری شود.

دو چهارچوب را در نظر می گیریم- یکی ما- که روی زمین ساکن هستیم و دومی همزاد ما- که با موشک از ما دور می شود. و در نظر داریم که ساعتها- مثل هم است.

ابتدا ساعت خودمان را در نظر می گیریم- هر بار که نور-یک رفت و برگشت انجام می دهد یک شماره اضافه می کنیم و همزاد ما هم همین کار را انجام می دهد. وقتی به ساعت همزاد خود نگاه می کنیم به خاطر حرکت جانبی- نور مسیر بیشتری را برای هر تیک طی می کند.از آنجایی که سرعت نور برای همه یکسان است حرکت رفت و برگشت کامل برای ساعتش بیش تر طول می کشد. پس از دید ناظر روی زمین- زمان در سفینه متحرک آهسته تر سپری می شود.

حال از دید همزاد دوقلو- ما درحال حرکت هستیم و باید ساعت ما آهسته تر از همزادمان کار کند.پس هر دو به این نتیجه می رسند زمان برای دیگری آهسته می گذرد.

حال فرض کنیم ما و همزادمان روی زمین باشیم-ما روی زمین و همزادمان با سفینه از زمین دور می شود و با نصف سرعت نور دور می زند و برمی گردد.

مشگل اینجاست که از دید همزاد ما او هست که ساکن است و ما روی زمین دور شدیم و برگشتیم ماییم که با نصف سرعت نور دور شدیم. پس همزاد ما ساعتمان را می بیند که آهسته کار می کند.

وقتی همزاد ما برمیگردد یا جوان تر است یا پیرتر و نمی تواند تلفیقی از هر دو باشد.

همزدمان برای دور زدن مجبور است که شتاب بگیرد و به همین دلیل دیگر در چهارچوب لخت نیست و تا هنگامی که شتاب داشته باشد نسبیت خاص برایش به کار نمیاید.وقتی همزادمان شتاب می گیرد می توانیم تفاوت فیزیک در چهارچوب را تشخیص دهیم.

به سراغ نسبیت عام می رویم تا بدانیم چه بر سر سرعتها می آید. یعنی همراه با اتساع زمان از مجموعه ای از قوانین متفاوت استفاده می کنیم.

ساعتها در چهارچوب مرجع شتابدار آهسته تر حرکت می کنند پس هنگامی که همزاد ما دور می زند ساعتش آهسته تر کار می کند و ما سریع تر پیر می شویم- در روند شتابگیری هست که ما از همزاد خود پیرتر می شویم.

پروفسور کاک در این باره می گوید :-اگر یکی از دوقلوها که در سفینه فضایی در حال مسافرت است- در نزدیکترین ستاره که 4.45 سال نوری با زمین فاصله دارد- بتواند با سرعتی معادل 86 درصد سرعت نور حرکت کند- پس از بازگشت به محل اولیه خود در روی زمین- او پنج سال خواهد داشت- در حالیکه برادر دوقلویش که بر روی زمین باقی مانده بیش از 10 سال از عمرش خواهد گذشت.-

او می گوید -من این معما را با به کارگیری یک اصل علمی جدید در قالب نسبیت- که حرکت را بی ارتباط با اجسام منفرد تعریف می کند حل نمودم. به عنوان مثال- می توانیم ارتباط برادرهای دوقلو را ستاره های واقع در دوردست در نظر بگیریم.-

در حقیقت با استفاده از ارتباطات احتمالی- در روش پروفسور کاک اینگونه فرض شده که کاینات خصوصیات کاملا مشابه دارند و صرفنظر از اینکه در کجا قرار بگیرند- ویژگی کلی آنها با موقعیت تغییر نمی کند.

پروفسور کاک ادعا می کند با جهانی شدن راه حلی که او برای پارادوکس دوقلوهای انیشتین به اثبات رسانده- درک جوامع علمی از نسبیت افزایش خواهد یافت و حتی ممکن است تاثیراتی بر ارتباطات و کامپیوتر- خصوصا طراحی سیستم های ارتباطی با قابلیت های بالاتر برای استفاده در عملیات فضایی داشته باشد.
پارادوکس دوقلوها در ناسا

دانش > نجوم – زمانی‌که دو برادر دوقلو برای ناسا کار کنند- تحقیقات جالبی را می‌توان انجام داد- مانند مارک و اسکات کلی که از هم‌اکنون تحت نظر دانشمندان ناسا قرار گرفته‌اند.

محمود حاج‌زمان: اسکات و مارک کلی برادران دوقلویی هستند که برای ناسا کار می‌کنند. آنها به طور داوطلبانه خود را در اختیار کارفرمایشان قرار داده‌اند تا به کمک آنها- به بررسی اثرات زندگی در فضا بپردازد.

اسکات کلی قرار است در سال 2015 / 1394 به ایستگاه فضایی بین‌المللی برود و 12 ماه در این ایستگاه اقامت کند. هم‌زمان- مارک کلی که اکنون از ناسا بازنشسته شده است روی زمین خواهد ماند. جالب اینجاست که ایده انجام این مطالعه را نیز خود برادران کلی پیشنهاد داده‌اند.

در حال حاضر- ناسا برنامه‌ریزی کرده تا به طور منظم از برادران کلی نمونه خون بگیرد- اما این دانشمندان دیگر هستند که باید بگویند برادران کلی قرار است چه کار کنند. ناسا از دانشمندان سراسر دنیا خواسته است تا پیشنهادات تحقیقاتی خود در این باره ارایه نمایند. اسکات کلی نیز مشغول گذراندن آزمایش‌هایی است که در سفر سال 2015 / 1394 مسیول آنها است- سفری که همراه با فضانورد روسی- میخاییل کورنینکو انجام خواهد شد.

آزمایش‌هایی همانند آزمایش برادران کلی به دانشمندان کمک می‌کند تا برای خنثی کردن اثرات مخربی که ماموریت‌های طولانی‌مدت فضایی آینده بر روی انسان خواهد گذاشت- راه‌حل‌های مناسبی پیدا کنند. هر دو برادران کلی پیش از این به فضا پرواز کرده‌اند. آنها تنها دوقلوها- و تنها برادرانی هستند که در تاریخ بشر به فضا سفر کرده‌اند.

البته ماجرای این دو برادر با داستان مشهور پارادوکس دوقلوها تفاوت خواهد داشت. پارادوکس دوقلوها ماجرای دو برابر دوقلو است که یکی روی زمین می‌ماند و دیگری سوار بر فضاپیمایی فوق‌العاده سریع که با 90درصد سرعت نور حرکت می‌کند- به یک سفر فضایی چند ساله می‌رود. وقتی فضاپیما به زمین برمی‌گردد- فضانورد 20 سال از عمرش گذشته درحالی‌که برای برادر دوقلویش نزدیک به 70 سال گذشته است. شاید به نظر شما غیرواقعی به نظر برسد- اما قوانین نظریه نسبیت اینشتیت- این اختلاف را در سن فضانوردان به دقت توضیح می‌دهد.

 

منبع:

ویکی پدیا انگلیسی

خبر آنلاین

کافه آسترو

مطلب پیشنهادی

گربه شرودینگر

گربه شرودینگر – Schrödinger’s cat

گربه شرودینگر یک آزمایش فکری است که در سال ۱۹۳۵ از سوی اروین شرودینگر- فیزیکدان …

یک دیدگاه

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

چهار × 4 =