مفارقة التوأم

في الفيزياء، تعد مسألة مفارقة التوأم أو التوأم النقيض مسألة فكرية في النسبية الخاصة، وفيها يقوم أحد التوأمين برحلة إلى الفضاء بواسطة صاروخ فضائي عالي السرعة ثم يعود إلى موطنه ليكتشف أنه قد أمضى عمراً أقل من أخيه التوأم الذي ظل على الأرض. تبدو هذه النتيجة كلغز محير لأن كلا من التوأمين ينظر للآخر على أنه مسافر بالنسبة للآخر، وهكذا، ووفقا لتطبيق لتباطؤ الزمن، فإن كل منهما يفترض أن يكتشف أن الآخر قد عمر أكثر منه على نحو متناقض.

في الحقيقة لا تمثل النتيجة مفارقة بالمعنى الحقيقي، نظراً لأنه من الممكن حلها في مجال الإطار القياسي للنسبية الخاصة. لقد تم بالفعل التحقق من ذلك عمليا بالاستعانة بقياسات ساعات سيزيوم ذرية دقيقة داخل طائرات محلقة في الجو [1] وكذلك الأقمار الاصطناعية.

بدءاً بپول لانگڤان عام 1911، أصبح هناك العديد من التفسيرات لهذه المفارقة، العديد منها اعتمد على عدم وجود تعارض، ولأنه لا يوجد تماثل فإن توأما واحدا فقط يكون قد خضع لتسارعات وتباطؤات في رحلته، وبالتالي التفريق بين الحالتين. أحد روايات الجدل في عدم التماثل التي جاء بها ماكس فون لاوه في 1913 كانت أن التوأم المسافر يستخدم إطارين عطاليين: أحدهما لدى ابتعاده في الرحلة والآخر لدى عودته. على ذلك فإن التبديل بين الإطارين كان سبباً في الفرق وليس التعجيل التفسيرات الأخرى تأخذ التسارع بعين الاعتبار. استعان كل من آينشتين، بورن ومولر بتباطؤ زمن الثقالي لتفسير مسألة العمر بناء على تأثيرات التسارع.[2] يمكن استعمال كل من النسبية الخاصة والتباطؤ الزمني الثقالي لتفسير تجربة هافيلي-كيتنگالتي استعملت لقياس تباطؤ الزمن بواسطة ساعات ذرية دقيقة موضوعة على طائرات محلقة.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التاريخ

التفسير

تعتبر مفارقة التوأم من أشهر المفارقات المعروفة في الأوساط العلمية اثنان، وتسمى أيضاً مفارقة "التوأم المتناقض عند لانگڤان"، نسبة للعالم الفرنسي پول لانگڤان الذي طبّق معادلات النسبيّة الخاصة على توأمين بشريّين مفترضين.

فكّر لانگڤان في توأمين بشريّين مفترضين، يسافر أحدهما في سفينة فضائية نحو نجم بعيد بسرعة قريبة من سرعة الضوء، فيما يبقى الآخر على كوكب الأرض. وبعد عشر سنوات على تلك الرحلة، تفترض معادلات لورنز للنسبيّة أن من بقي على الأرض يهرم أسرع من أخيه بعشرين سنة أو أكثر، وفق سرعة مسافر الفضاء. وفي المقابل، لأن المسافر كان يبتعد بتلك السرعة، فإن من بقي على الأرض يبتعد عنه بالسرعة نفسها، مع بقاء مسافر الفضاء ثابتاً في مركبته.[3]

بقول آخر، يتطاول الوقت بالنسبة إلى مسافر الفضاء ومن يبقى على الأرض، سواءً بسواء، وذلك بتطبيق معادلات لورنز عن النسبيّة العامة عليهما سويّة.

ومن الواضح أن ذلك التناقض يتحدّى المنطق العلمي السليم، وهو ناتج من أن آينشتاين اعتبر سرعة الضوء ثابتة في الاتجاهات كلها، بمعنى عدم وجود زمن مرجعي مطلق.

مثال محدد

حل المفارقة في النسبية الخاصة

دور المفارقة في التسارع

نسبية التزامن

 
Minkowski diagram of the twin paradox. There is a difference between the trajectories of the two twins: the trajectory of the ship is equally divided between two different inertial frames, while the Earth-based twin stays in the same inertial frame.


النهج الزماني-المكاني

التعامل مع الشيخوخة البيلوكية وحفظ الزمن

ماذا تشبه: تحول دوپلر النسبي

 
Light paths for images exchanged during trip
Left: Earth to ship.              Right: Ship to Earth.
Red lines indicate low frequency images are received
Blue lines indicate high frequency images are received

عدم التكافؤ في صور المحولة بطريقة دوپلر

حساب الوقت المنقضي من رسم دوپلر البياني

التمييز بين ما يروه وما يحسبوه

التزامن في حساب تحول دوپلر

وجهة نظر سفر التوأم

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الفرق في الزمن المنقضي نتيجة للاختلافات في مسارات الزمان-المكان للتوأم

نسخة التناوب

التفسير حسب مبدأ ماخ

انظر أيضاً

المراجع

مراجع أولية

مراجع ثانوية

  1. ^ Hafele, J. (July 14, 1972). "Around the world atomic clocks:predicted relativistic time gains". Science. 177 (4044): 166–168. doi:10.1126/science.177.4044.166. PMID 17779917. Retrieved 2006-09-18. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)Hafele, J. (July 14, 1972). "Around the world atomic clocks:observed relativistic time gains". Science. 177 (4044): 168–170. doi:10.1126/science.177.4044.168. PMID 17779918. Retrieved 2006-09-18. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
  2. ^ Max Jammer (2006). Concepts of Simultaneity: From Antiquity to Einstein and Beyond. The Johns Hopkins University Press. p. 165. ISBN 0801884225.
  3. ^ "تناقضان بارزان". جريدة الحياة اللبنانية. 2015-11-03. Retrieved 2015-11-03.

قراءات إضافية

The ideal clock

The ideal clock is a clock whose action depends only on its instantaneous velocity, and is independent of any acceleration of the clock. Wolfgang Rindler (2006). "Time dilation". Relativity: Special, General, and Cosmological. Oxford University Press. p. 43. ISBN 0-19-856731-6.

Gravitational time dilation; time dilation in circular motion

وصلات خارجية

هناك كتاب ، Special relativity، في معرفة الكتب.


الكلمات الدالة: