Парадокс близнят

Парадокс близнят — суперечлива на перший погляд задача з теорії відносності.

Парадокс близнят сформулював 1911 року Поль Ланжевен. Розв'язок опублікував 1918 року Альберт Ейнштейн

Формулювання

Один із двох близнюків вирушає в космічну подорож до далекої зірки, рухаючись зі швидкістю, близькою до швидкості світла, а потім повертається. Завдяки тому, що час у пов'язаній із космічним кораблем системі відліку йде повільніше, ніж у системі, пов'язаній із Землею, то його брат постарів набагато більше, ніж він сам. Справді, час у системі корабля визначається формулою

$\Delta t = \Delta t_0 \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}$,

де $\Delta t$ — час у системі корабля, $\Delta t_0$ — час на Землі, v — швидкість руху корабля, c — швидкість світла. При $v \approx c$ час у системі корабля малий $\Delta t \ll \Delta t_0$.

З іншого боку, він може вважати, що залишався непорушним, а Земля спочатку віддалилася від нього, а потім повернулася. Тоді, з його погляду, саме його брат здійснив мандрівку майже зі світловою швидкістю, а, отже, саме його брат повинен залишитися набагато молодшим.

Розв'язок

У межах спеціальної теорії відносності (СТВ) розв'язати парадокс неможливо. Проте парадокс знаходить своє пояснення у межах загальної теорії відносності (ЗТВ). Слід врахувати, що тільки один з братів рухався з прискоренням, а, отже, ситуація не симетрична. Саме він і має залишитися молодшим свого брата, який перебував у інерційній системі відліку.

Перший експеримент, що мав підвертити відповідний ефект, було поставлено 1971 року. В межах похибки вимірів передбачення ЗТВ було підтверджено. Подібні експерименти (із дедалі вищою точністю) також підтвердили правильність розрахунків (із точністю 0,01%).

Джерела

М.В.Сажин. «4.Эксперименты по ОТО». У Рецензенты: др. физ. мат. наук В.Е.Жаров, др. физ. мат. наук К.В. Куимов. Теория относительности для астрономов (російською). Москва.: Государственный Астрономический Институт им. П.К.Штернберга. 

Це незавершена стаття з фізики. Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.