پارادوکس دوقلو ها یا پارادوکس ساعت ها (نسبیت خاص)

اگر به نسبیت خاص انشتین مراجعه کنیم خواهیم فهمید ساعتهای متحرک نسبت به ساعتهای ثابت کندتر کار می کنند .

دو ساعت را که نسبت به هم ساکن هستند را با هم همزمان می کنیم . یکی از ساعتها را درون سفینه ای قرار می دهیم که با سرعت u نسبت به ساعت اول به مدت t حرکت می کند .

حال که می دانیم ساعت اول چه عددی را نشان می دهد ، سوال این است که ساعت دوم چه عددی را نشان می دهد ؟

آلبرت انیشتین اینگونه بیان می کند که ساعت دوم عدد T را نشان می دهد که از رابطه زیر بدست می آید .

T = t √[1-(u/c)^2

 

پارادوکس دوقلوها :

تیم و جیم دو قولوهای هم سانی هستند که بیست سال سن دارند ، تیم که ماجراجوتر است تصمیم می گیرد به یکی از ستارگان نزدیک زمین که به فاصله ی 35 سال نوری از زمین قرار دارد سفر کند .

سفینه ی تیم در نوع خود بی نظیر است و می تواند به سرعت شتاب بگیرد و در مدت کمی به سرعت 0.99C برسد . وقتی به آنجا می رسد آنجا را جای ناخوشایندی می یابد و با همین سرعت به زمین باز می گردد .

هنگامی که از سفینه پیاده می شود شگفت زده می شود . همه جا تغییرات خیلی زیادی را مشاهده کرده و هنگامی که وارد خانه خود ، که به سختی پا بر جا مانده بود می شود ، برادر خود را فرد سالخورده و فرتوت می یابد ، در حالی که خود کمتر از 10 سال از عمرش گذشته است !

آلبرت انیشتین در مورد ساعتها و هم زمانی می گوید :

نگویید که قطار ساعت 7 به ایستگاه می رسد . بلکه بگویید رسیدن قطار به ایستگاه و نشان دادن ساعت 7 توسط عقربه های ساعت هم زمان است !

می دانیم ساعتهای اتمی دقیق ترین ساعتهایی هستند که بشر تا به حال داشته است !

 

اما آیا می دانید یک ساعت اتمی چگونه کار می کند ؟

فرکانس نور گسیل شده ، از اتمها یی که به نحو مناسبی تحریک شده اند ، اغلب با دقت بسیار زیادی ثبت می شوند . تا آنجایی که می دانیم اتمها از ابتدای پیدایش تاکنون تغییری نکرده اند و همچنین مطمئن هستیم که طی قرنهای آینده نیز تغییر نخواهند کرد ، و عواملی همچون آتش سوزی ، زمین لرزه ، یا جنگ و مانند آنها اتمها را در معرض نابودی قرار نمی دهند . از این رو تابشهای اتمی ، استاندارد های زمانی بسیار مطلوب و ماندگاری هستند .

امروزه یک ثانیه عبارت است از 9,192,631,770 بار دوره ی تناوب نوسان مربوط به یک گذر اتمی ویژه ی اتم سزیم .

به طور معمول در تمامی آزمایشهایی که به تعیین بسیار دقیق فاصله های زمانی طولانی نیاز دارند ، از ساعتهای سزیم استفاده می شود .

فرض کنید اتم گسیل کننده ، ساعتی با شد که آهنگ کار آن برابر با فرکانس تابش باشد . بنا بر این هرچه پتانسیل گرانشی محل اتم گسیل کننده زیادتر باشد فرکانس آن در مقایسه با اتم مشابهی که در محلی با پتانسیل گرانشی کمتر قرار دارد بیشتر است .

بهتر است بدانید که این مطلب (رابطه ی گرانش و زمان) که اولین بار توسط آلبرت انیشتین

بیان شده است ، توسط وی و دیگر فیزیک دانان به صور مختلفی تا به حال تعبیر شده است .

یک سال پیش وقتی من به این مطلب (رابطه ی گرانش و زمان) رسیدم ، نتوانستم آن را در وحله ی اول بپذیرم و توجیه جدیدی را برای خود بیان کردم تا بتوانم این موضوع را بهتر قبول کنم .

توجیهی که شما در ادامه خواهید خواند ، توجیه دیگری است که شاید تا به حال ندیده باشید .

این تعبیر می تواند تا حد زیادی به شما کمک نماید تا رابطه ی گرانش و زمان را بهتر بپذیرید .

شاید بگویید وقتی مطلبی را آلبرت انیشتین بیانمی کندما چشم بسته قبول می کنیم .

اما من می گویم: ممکن است قبول کنید ،

اما تا هنگامی که آن را برای خود توجیه نکنید ،نمی توانید بدان مطلب ایمان داشته باشید !

 

توجیه تغییرات زمان تحت میدانهای گرانشی به بیان روشن تری از اصل هم ارزی و نسبیت خاص

با توجه به اصل هم ارزی می دانیم نتایج آزمایشات فیزیک که در شرایط یکسان، در چارچوبهای هم ارز انجام می گیرد ، یکسان است .

فرض کنید که شما در بلندترین طبقه از بلندترین آسمان خراش دنیا هستید . به داخل آسانسور می روید و دکمه ی مربوط به طبقه ی مورد نظر را فشار می دهید . در همین لحظه کابل آسانسور پاره شده و ترمز های آن نیز عمل نمی کنند !

آسانسور در حال سقوط است وشما وحشت زده احساس بی وزنی می کنید !

گویی هیچ میدان گرانشی بر شما اثر نمی کند ! شما احساس بی وزنی می کنید !

شما با سرعت به سمت پایین سقوط می کنید !

می دانیم اگر نسبت به یک چارچوب سرعت داشته باشیم آهنگ کار ساعت ما ، به همان نسبت کند تر خواهد شد !

آیا آسانسور در حال سقوط نسبت به مرجع گرانشی خود سرعت ندارد ؟ !

آیا آسانسور در حال سقوط هم ارز یک چارچوب بدون گرانش نیست ؟ !

( در اینجا علامت تساوی به معنای هم ارز بودن چار چوبهاست )

چارچوب متحرک = آسانسور در حال سقوط = چارچوبهای ثابت و بدون گرانش

آیا در هر سه چارچوب ، آهنگ کار ساعت ها کندتر نمی شود ؟

آیا آهنگ کار ساعت ها در چارچوبهایی که دارای میدان گرانشی هستند تندتر نیست ؟

منبع: www.hupaa.com