導入
物理学において、双子のパラドックス(ランジュバンのパラドックスとも呼ばれます) は、特殊相対性理論が矛盾していることを示すと思われる思考実験です。実際、このパラドックスはほとんどの物理学者によって実際には困難とは考えられておらず、アルバート・アインシュタインは1911 年にこのパラドックスを提出すると同時に解決策を示しました。教育作品においては、その教育的美徳とおそらくその機会が以前から強調されてきました。クロックの遅延について正確な計算を実行します。
プレゼンテーション
地球上に双子の兄弟が生まれる。ロケットに乗って光速に近い速度で宇宙を移動します。特殊相対性理論の動く時計の速度が遅くなる現象によれば、地球に残っている人は、旅をしている人の方が自分よりも早く老化しないことがわかります。しかし、旅をする人は、自分の兄弟が猛スピードで自分から離れていくのを目にし、同じ現象に従って、地球に残っている兄弟が自分よりも早く老化していくのを見るのです。したがって、特殊相対性理論を使用したこの推論によれば、実際には、旅行者が戻ったときに、お互いが相手よりも年をとることはあり得ないにもかかわらず、お互いが相手の老化のスピードが遅くなることがわかります。
- 彼の決意
実際には、双子の状況は対称的ではありません。座りがちな人々は単一のガリレオ基準系 (通常は地球の基準系) と一致します。効果が顕著になるためには、旅行者の基準系の非慣性特性がより顕著になる必要があるためです。旅行者は半回転するため、少なくとも 2 つの連続するガリラヤのランドマークと一致します。この違いは、特殊相対性理論が一方と他方に異なる方法で適用されることを意味します。特に、「動く時計の速度の低下」は、単一の慣性基準系に留まる兄弟の目には、旅全体にわたってのみ当てはまります。結局、ロケットに乗って帰還した人は、地球に残った人よりも老化が早かったのです。
実験による確認
持続時間の測定に関する特殊相対性理論の結論は、宇宙線から高層大気中で生成される超相対論的ミュー粒子と実験室で生成されるミューオンの寿命の違いによって鮮やかに明らかにされます。しかし 1971 年以降、この矛盾の直接的な検証が可能になりました。ジェット機には原子時計が搭載されていましたが、地上には同様の同期時計が残されていました。飛行機が地球の動きに追従し、帰還する際、搭載された時計は地上に残っている時計よりも数十億分の１秒遅れており、これは相対性理論と完全に一致する偏差でした（細かい修正は、一般相対性理論も測定されました)。飛行機が地球の回転と反対の方向に移動する場合、シフトは逆転します(これらの実験を完全に理解するには、地球の基準系自体がガリレオ式ではないことを考慮する必要があります)。すべての修正が行われ、これらの実験は理論の予測を精度を高めて確認しただけです。
歴史
特殊相対性理論によって予測される時間の遅れについて、アルバート・アインシュタインは 1911 年に次のように述べました。
同年、ポール・ランジュヴァンは、この思考実験を後世に伝わる形で展開しました。「ジュール・ヴェルヌ・ランジュヴァンの舞踏会」では、二人の双子の兄弟の人生の展開を現実的に描写しており、そのうちの一人は近くにいる兄弟に旅行します。光速ともう一つは地球に残ります。 1911 年のボローニャ哲学会議でのこのプレゼンテーションは、相対性理論における時間の概念を普及させ、それがもたらした哲学革命を説明しました。
