ايتنا - نسبی بودن زمان یعنی چه؟

ایتنا - چگونه می‌توانیم دنیایی که در آن زمان نسبی است را درک کنیم؟ «پارادوکس دوقلو» معنای واقعی نسبی بودن زمان را به ما نشان می‌دهد.

نظریه نسبیت خاص اینشتین می‌گوید که زمان نسبی است. اما نسبی بودن زمان یعنی چه؟ چگونه می‌توانیم در جهانی زندگی کنیم که هیچ‌کس قادر نیست درباره زمان شروع، زمان پایان و مدت‌زمان آن با دیگران موافق باشد؟ «پارادوکس دوقلو» نشان می‌دهد که زندگی در یک دنیای واقعاً نسبی‌گرایانه چگونه است.

به زبان ساده، نسبیت خاص می‌گوید که ساعت‌هایی که در حرکت هستند، کندتر کار می‌کنند. از این پدیده با نام «اتساع زمان» یاد می‌شود و یکی از واقعیت‌های جهان است. انیشتین مجبور شد این مفهوم را برای مطرح کردن چیزی که فکر می‌کرد بسیار اساسی‌تر است معرفی کند؛ یعنی برای مطرح کردن جهان‌شمول بودن قوانین فیزیک. اگر خواست ما این باشد که قوانین فیزیک (که به معنای تجربه فیزیک نیز هست) بدون توجه به چارچوب مرجع یکسان باشند، نقاط مشاهده باید برای ناظران با سرعت‌های مختلف تغییر کنند.

به گزارش ایتنا و به نقل از Space، نسبیت خاص می‌گوید ساعتی که به یک جسم متحرک متصل است، با سرعت کمتری نسبت به ساعتی که در حالت ایستاده است، تیک‌تاک می‌کند. هرآنچه که برای ساعت‌های متحرک صدق کند، برای هر چیز دیگری هم صدق می‌کند. بدین‌ترتیب، فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی همگی در چارچوب‌های مرجع متحرک، با سرعت کمتری عمل می‌کنند.

اندازه‌گیری این اثر در مقیاس انسانی بسیار دشوار است، زیرا تنها با نزدیک شدن به سرعت نور تا حد قابل‌توجهی می‌توان آن را تجربه کرد. با این حال، به گزارش ایتنا و به نقل از اسپیس، می‌توان آن را اندازه گرفت. در سال ۱۹۷۱، دو فیزیکدان با نام‌های جوزف هافل و ریچارد کیتینگ، روی هواپیماهای جت ساعت‌های اتمی قرار دادند و آنها را به سراسر جهان فرستادند. زمانی که ساعت‌ها برگشتند، دقیقاً به اندازه‌ای که نسبیت خاص پیش‌بینی کرده بود، با ساعت‌های زمینی همخوانی نداشتند.

برای بررسی بیشتر، اجازه دهید با یک دوقلوی فرضی، با نام‌های آلیس و باب آشنا شویم. تا زمانی که به هم نزدیک باشند، ساعت‌شان مثل هم کار می‌کند و با سرعت یکسان عمرشان می‌گذرد. اما اگر باب سوار یک موشک شود و با سرعتی نزدیک به سرعت نور در کهکشان بچرخد، اوضاع کمی متفاوت خواهد بود.

شاید باب فکر کند که فقط چند ماه یا چند سال از شروع سفرش می‌گذرد؛ اما بسته به سرعتی که دارد، ممکن است این زمان برای آلیس، چند ده سال یا حتی قرن‌ها طول بکشد.

پارادوکس واقعی
مثالی که به آن اشاره کردیم هر چقدر هم که عجیب بنظر برسد، اما پارادوکس نیست. اتفاقاً این دقیقاً همان چیزی است که فیزیک نسبیت خاص آن را پیش‌بینی می‌کند: ناظران مختلف در جهان بسته به سرعتشان محاسبات متفاوتی از جریان زمان دارند.

اما پارادوکس واقعی اینجاست. باب در طول سفرش هیچ تفاوتی احساس نمی‌کند و همه چیز برای او کاملاً عادی به نظر می‌رسد (در واقع آنقدر طبیعی که تا زمانی که شتاب نگیرد، حتی نمی‌داند که اصلاً در حال حرکت است).

این آزمایش فکری مهم به انیشتین کمک کرد تا نسبیت خاص را کشف کند. اگر با سرعت ثابت و بدون شتاب حرکت کنید، نمی‌توانید تشخیص دهید که آیا این شما هستید که در حال حرکتید و جهان ثابت است، یا اینکه شما ثابتید و جهان در حال حرکت.

آیا تا به حال شده در حالی که سوار ماشین هستید، ببینید ماشین کناری‌تان به عقب می‌رود و شما یک لحظه فکر کرده‌اید که دارید به جلو می‌روید؟ ذهن به نشانه‌های بیرونی تکیه می‌کند تا به ما کمک کند در حال حرکت هستم یا نه.

بنابراین، از دید باب، او کاملاً بی‌حرکت است و این آلیس (و کل زمین) است که از او دور می‌شود. بله، بعید به نظر می‌رسد، اما از نظر فیزیک، باب نمی‌تواند تفاوت را تشخیص دهد. در محاسبات باب، ساعت او به طور عادی کار می‌کند و این آلیس است که باید به آرامی کار کند. بنابراین، هنگامی که آنها دوباره همدیگر را می‌بینند، باب باید از آلیس کوچکتر باشد، زیرا برای او زمان زیادی نگذشته است.

اما آلیس هم دقیقاً همین را در مورد باب می‌گوید، زیرا به گفته او، خود او بوده که ساکن مانده و باب حرکت کرده است. چه کسی درست می‌گوید، آلیس یا باب؟ پارادوکس واقعی همین است.

یک دیدگاه خاص
با نگاه کردن به کل تصویر، می‌توانیم پارادوکس دوقلو را حل کنیم. درست است که تا زمانی که باب با سرعت ثابت در حال پرواز است، او و آلیس اساساً در مورد جریان زمان اختلاف نظر خواهند داشت و البته دیدگاه هر دو هم، معتبر است. اما برای بررسی دیدگاه‌شان، لازم است که باب به زمین بازگردد. به عبارت دیگر، او باید سرعتش را کم کند، توقف کند، با فضاپیمای خود دور بزند، دوباره شتاب بگیرد و به سمت زمین بازگردد.

همین عمل دور زدن، تأثیر زیادی بر محاسبه زمان باب دارد. این کار او را از چارچوب مرجع خاص خود دور می‌کند و خواهد گفت این کار را نه با نگاه کردن به جهان خارج، بلکه با انجام مشاهداتی در حالی که داخل موشکش است انجام می‌دهد (برای مثال، ارتعاشات موتورها و فشار بدنش به کف موشک در هنگام کاهش سرعت).

به دلیل این عدم تقارن، دیدگاه باب دیگر به اندازه آلیس معتبر نیست و او دیگر نمی‌تواند ادعا کند که ایستاده و جهان اطراف در حال حرکت است. هنگامی که باب به زمین گردد، متوجه می‌شود که خودش در سفر بوده و با سرعتی نزدیک به سرعت به نور حرکت می‌کرده است.

ریاضیات نسبیت خاص دقیقاً به ما می‌گوید که آلیس و باب در چارچوب مرجع خود چقدر پیر خواهند شد و همین ریاضیات است که باعث خواهد شد آنها در نهایت بر سر اعداد به توافق برسند. بدین‌ترتیب می‌توانیم دنیایی که در آن زمان نسبی است را درک کنیم.