Hva er det mest fantastiske faktum om relativitet?

Tidsutvidelse er ikke gjensidig fordi spesiell relativitet også omhandler invarianter og absolutter og derfor, "alt er ikke relativt”

Ta i betraktning tvillingparadokset: se for deg to identiske tvillinger, en blir hjemme, på jorden, og den andre gjør en reise ut i verdensrommet. Den reisende tvillingen slår på motorene sine for å akselerere. Han beveger seg med jevn hastighet. Han snur seg (reverserer akselerasjonen) og leder rakettskipet tilbake for å reise hjem. I snuperioden, han endrer referanserammer. Han beveger seg igjen med jevn hastighet i en annen referanseramme. Dermed synkroniseres ikke klokkene til de to tvillingene lenger. Han slår på motorene sine for å bremse og lander på jorden. Han møter sin jordboende tvilling og finner han er mye eldre enn han er.

Ahha! Hvis all bevegelse er relativ, så kunne man argumentere - og respekterte mennesker argumenterte faktisk for dette (f.eks. mest bemerkelsesverdig er Herbert Dingles innvendinger) det fra den reisende tvillingens synspunkt, det er den hjemmeværende tvillingen som foretar en rundtur fordi ifølge spesiell relativitet, tidsutvidelse er gjensidig. Derfor, klokken til den hjemmeværende tvillingen skal gå langsommere enn klokken til den reisende tvillingen, og til slutt, når tvillingene møtes igjen, den reisende tvillingen oppdager at den jordlevende tvillingen er yngre.

Men tidsutvidelse er ikke gjensidig. Hvis den hjemmeværende tvillingen er eldre enn den reisende tvillingen, den reisende tvillingen kan ikke være eldre enn den hjemmeværende tvillingen. Grått hår er et faktum av erfaring. Vi kan ikke bytte mellom tvillingene: fra alle synspunkter, referanserammen til den hjemmeværende tvillingen er den der tiden ikke utvides. I denne forbindelse, spesiell relativitetsteori omhandler invariant og såkalt absolutt mengder.

Den ikke-gjensidige karakteren av tidsutvidelse er manifestert i måten vi matematisk løser tvillingparadokset ved å bruke spesielle relativitetsformler.

Ved å bruke formlene for spesiell relativitet, vi løser problemet én gang i referanserammen til den hjemmeværende tvillingen, og så løser vi det igjen i referanserammen til den reisende tvillingen.

Selv om verdiene de to tvillingene legger inn i tidsdilatasjonsformelen er ganske forskjellige fordi hver tvilling måler avstander og tider på en annen måte i referanserammen hans, vi får likevel det samme sluttresultat i begge tilfeller: den hjemmeværende tvillingen er eldre enn den reisende tvillingen når de begge møtes igjen.

Mitt svar på spørsmålene i kommentarfeltet: Det nyeste viktige trekk ved tid som dukker opp fra den spesielle relativitetsteorien er klokken (tvilling) paradoks: en sammenligning av én klokke i et bevegelig system med mange klokker i hvilesystemet; det er ingen gjensidighet, men ett-mange forhold.

I følge Newtonsk kinematikk, det var ikke så viktig å skille mellom lokal tid, tiden målt av en klokke transportert langs en eller annen bane, og den globale tiden, fastsatt til å være lik den absolutte tiden: de var alltid enige.

I motsetning til pre-relativistisk kinematikk, i Minkowski-formalismen om spesiell relativitet, riktig tid mellom to hendelser, som målt for eksempel ved en ideell klokke som går mellom de to hendelsene, avhenger av historien til klokken, dvs. på sin vei gjennom romtiden. Dette er essensen av tvillingparadokset (dette er en forklaring gitt av prof. John Stachel).

Kreditt: Gali Weinstein