Парадокс близанаца је мисаони експеримент који показује радозналу манифестацију временска дилатација у модерној физици, како је то увео Алберт Ајнштајн кроз теорију релативности.
Размотрите два близанаца, именом Бифф и Цлифф. На свој 20. рођендан, Бифф одлучује ући у свемирски брод и полетјети у свемир, путујући готово брзина светлости. Он путује космосом брзином око 5 година, враћајући се на Земљу када има 25 година.
Цлифф, с друге стране, остаје на Земљи. Када се Бифф врати, испоставило се да Цлифф има 95 година.
Шта се десило?
Према релативности, два референтна оквира која се крећу различито један од другог доживљавају време другачије, процес познат као временска дилатација. Пошто се Бифф кретао тако брзо, време је за њега текло спорије. То се може прецизно израчунати користећи Лорентзове трансформације, који су стандардни део релативности.
Твин Парадок Оне
Први парадокс близанаца заправо није научни парадокс, већ логичан: Колико је година Бифф?
Бифф је доживео 25 година живота, али се такође родио истог тренутка као Цлифф, пре 90 година. Значи он има 25 или 90 година?
У овом случају, одговор је "обоје"... у зависности од тога на који начин мерите старост. Према његовој возачкој дозволи, која мери време Земље (а нема сумње да је истекао), има 90 година. Према његовом телу, има 25 година. Ни старост није "тачна" или "погрешна", иако управа социјалног осигурања може направити изузетак ако покуша да затражи бенефиције.
Два парадокса два
Други парадокс је мало техничкији и заиста долази у средиште онога физичари значи када говоре о релативности. Читав сценарио заснован је на идеји да је Бифф путовао веома брзо, тако да му је време успорило.
Проблем је што у релативности учествује само релативно кретање. Па шта ако размислите о стварима са Биффове тачке гледишта, он је читаво време остао непомичан, а Цлифф се одмакао великом брзином. Зар не би требало рачунати на овај начин да значи да је Цлифф тај који полако стари? Да ли релативност не значи да су ове ситуације симетричне?
Да су Бифф и Цлифф били на свемирским бродовима који путују константном брзином у супротним смјеровима, овај аргумент би био потпуно тачан. Правила посебне релативности, која управљају сталним (инерцијалним) референтним оквирима брзине, показују да је важно само релативно кретање између та два. У ствари, ако се крећете константном брзином, не постоји чак ни експеримент који бисте могли извести у вашем референтном оквиру који би вас разликовао од одмора. (Чак и ако погледате изван брода и упоредите себе са неким другим сталним референтним оквиром, то бисте могли само утврдити један од вас креће се, али не који.)
Али овде постоји једна врло битна разлика: Бифф убрзава током овог процеса. Клиф је на Земљи, који је за то у основи "у мировању" (иако се у стварности Земља креће, ротира и убрзава на различите начине). Бифф је на свемирском броду који подвргава интензивном убрзању ради очитавања у близини свјетлосне брзине. То значи, према општа релативност, да постоје заправо физички експерименти које би Бифф могао да изведе што би му открило да убрзава... а исти експерименти би показали Цлиффу да не убрзава (или бар убрзава много мање него што Бифф ради).
Кључна карактеристика је да, иако је Цлифф све време у једном референтном оквиру, Бифф је заправо у два референтни оквири - онај где путује са Земље и онај где се враћа натраг Земља.
Дакле, Биффова ситуација и Цлиффова ситуација не заправо симетричан у нашем сценарију. Бифф је апсолутно онај који пролази кроз значајније убрзање, и самим тим је он тај који пролази најмање времена.
Историја Близаначког парадокса
Тај парадокс (у другачијем облику) први је пут представио 1911. године Паул Лангевин, у коме је нагласак нагласио идеју да убрзање сама је била кључни елемент који је изазвао разлику. Према Лангевиновом мишљењу, убрзање је, дакле, имало апсолутно значење. 1913. године, међутим, Мак вон Лауе је показао да су два референтна оквира довољна да објасне разлику, а да не морају да воде рачуна о самом убрзању.