La nature est pleine de choses étonnantes et de paradoxes. Et l'un d'eux, associé au mouvement avec la vitesse de la lumière, est appelé le «paradoxe des jumeaux».
Vous connaissez probablement le phénomène de demi-vie: de nombreuses particules subatomiques sont instables et après un court laps de temps se désintègrent (se transforment en autre chose). La demi-vie d'une particule est le temps dont elle a besoin pour «attendre» pour atteindre un risque de désintégration de 50%.
Par exemple, la demi-vie des muons est de 2,2 microsecondes. Si vous aviez 100 muons, il ne resterait plus que 50 muons en 2,2 microsecondes, non? En fait, pas nécessairement.
2,2 microsecondes est le temps écoulé pour un muon. Si vous avez une poignée de 100 muons stationnaires, alors après 2,2 microsecondes, il y en aura environ 50. Mais si vous avez un ami qui vole dans une fusée à 50% de la vitesse de la lumière, alors quand 10 secondes passent pour vous, cela prendra 8, 66 secondes.
Il s'avère que cela s'applique également aux muons. Donc, si vos 100 muons ne sont pas statiques, mais se déplacent dans un accélérateur de particules à 50% de la vitesse de la lumière, alors après 2,2 microsecondes de votre côté, ce sera environ 1,9 microsecondes pour les muons. Cela signifie qu'à ce moment, vous aurez environ 55 muons.
Dans votre cadre de référence, 2,54 microsecondes passeraient, tandis que 2,2 microsecondes passeraient pour les muons. Il vous reste donc 50 muons après 2,54 microsecondes.
Qu'est-ce que les jumeaux ont à voir avec ça?
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Peut-être lisez-vous et réfléchissez-vous: qu'est-ce que les jumeaux et les paradoxes ont à voir avec cela? Vous savez, c'est une question très bonne et opportune.
Imaginez que vous avez un frère jumeau. Et même dans votre jeunesse, vous avez appris qu'il était un méchant et qu'il prévoyait de conquérir le monde. Pour débarrasser la planète de ses plans monstrueux, vous lui pompez des somnifères, vous le mettez dans une fusée et lui envoyez 90% de la vitesse de la lumière loin de la Terre.
Malheureusement, en raison de l'effet de dilatation du temps sur votre jumeau, le temps passe beaucoup plus lentement. En neuf ans, quatre ans seulement passent pour lui. Si, après neuf de vos années, il parvient à faire demi-tour et à revenir à la même vitesse, vous aurez 18 ans, et lui - seulement huit!
Habituellement, c'est la fin des discussions sur le paradoxe, qui a été proposé pour la première fois en 1911 par Paul Langevin comme une expérience de pensée, et c'est là que tout s'arrête. Cependant, en examinant de plus près le «paradoxe du jumeau», une question intéressante se pose.
Paul Langevin.
Du point de vue de votre jumeau diabolique, la Terre et vous bougiez à 90% de la vitesse de la lumière. Ainsi, après neuf ans pour lui, seulement quatre ans devraient passer pour vous. En d'autres termes, si votre jumeau pense que huit ans se sont écoulés entre le départ et le retour pour lui, alors cela n'aurait dû être que trois ans et demi pour vous!
Alors, quand votre méchant jumeau reviendra, lequel de vous sera le plus âgé? C'est précisément le paradoxe.
Il peut sembler que cette question est un verdict pour la théorie spéciale de la relativité. Certains consacrent aujourd'hui des sites Web entiers à «exposer» le SRT. Cependant, nous pouvons prouver scientifiquement que l'un des jumeaux vieillira davantage.
Le Twin Paradox est l'un de ces problèmes qui a une seule solution élégante (ou, pourrait-on dire, une réponse). Comme vous l'avez peut-être déjà compris, cette tâche implique une dilatation du temps relativiste selon la théorie de la relativité restreinte.
Décision
En approchant de la solution du paradoxe, imaginez d'abord que vous et votre jumeau avez une montre dans vos bras et que votre petite amie peut garder une trace de l'heure sur vous et sa montre. Vous pouvez suivre indépendamment l'heure sur votre montre et celle de votre jumeau sur la sienne: tout le monde est là où il est. Mais c'est une horloge inhabituelle: elle ne tourne qu'une fois par an - le jour de l'anniversaire du salut de la Terre de votre copie maléfique. Ce jour-là, vous pouvez également échanger des messages sous forme d'impulsion électromagnétique (vous êtes une famille après tout). Et ici, il convient de noter que la lumière du télescope et le signal électromagnétique que vous envoyez se déplacent à la même vitesse.
Maintenant, si nous dessinons un diagramme espace-temps pour vous et votre jumeau, nous obtenons ceci:
Diagramme de paradoxe jumeau / Science ABC / Science nue.
Dans l'image de gauche, vous êtes avec votre propre cadre de référence. Sur la droite, nous voyons deux cadres de référence correspondant au départ et au retour de votre frère.
Nous effectuerons des calculs correspondant à votre référentiel. Disons que votre jumeau mesure 2,67 années-lumière dans une direction. Maintenant que nous connaissons la distance et la vitesse à laquelle il se déplace, nous pouvons calculer le temps qu'il a fallu pour voyager: un peu plus de deux ans et demi. De votre point de vue, le voyage du jumeau a duré environ six ans.
Donc, il s'avère que le frère jumeau maléfique reviendra sur Terre pour faire des ravages dans environ six de vos années, même si ce sera un peu plus de deux ans et demi pour lui. Par conséquent, plus la vitesse des objets se rapproche de la vitesse de la lumière, plus leur «expérience» ralentit par rapport à d'autres objets qui ne se déplacent pas à des vitesses relativement proches de la vitesse de la lumière, qu'il s'agisse d'un homme ou d'un muon.
Vladimir Guillen
