Qu'est-ce que le Twin Paradox? Voyage en temps réel

Le double paradoxe est une expérience de pensée qui démontre la curieuse manifestation de dilatation du temps en physique moderne, comme il a été introduit par Albert Einstein à travers la théorie de la relativité.

Prenons deux jumeaux, nommés Biff et Cliff. Pour leur 20e anniversaire, Biff décide de monter dans un vaisseau spatial et de décoller dans l'espace, voyageant à presque la vitesse de la lumière. Il voyage autour du cosmos à cette vitesse pendant environ 5 ans, revenant sur Terre à l'âge de 25 ans.

Cliff, d'autre part, reste sur la Terre. Quand Biff revient, il s'avère que Cliff a 95 ans.

Selon la relativité, deux référentiels qui se déplacent différemment vivent différemment le temps, un processus connu sous le nom dilatation du temps. Parce que Biff se déplaçait si rapidement, le temps était en fait plus lent pour lui. Cela peut être calculé avec précision en utilisant Transformations de Lorentz, qui font partie de la relativité standard.

Le premier paradoxe jumeau n'est pas vraiment un paradoxe scientifique, mais logique:

Biff a connu 25 ans de vie, mais il est également né au même moment que Cliff, il y a 90 ans. Alors, il a 25 ans ou 90 ans?

Dans ce cas, la réponse est "les deux"... selon la façon dont vous mesurez l'âge. Selon son permis de conduire, qui mesure le temps de la Terre (et est sans doute expiré), il a 90 ans. Selon son corps, il a 25 ans. Aucun des deux âges n'est "bon" ou "mauvais", bien que l'administration de la sécurité sociale puisse faire exception s'il essaie de demander des prestations.

Le deuxième paradoxe est un peu plus technique, et vient vraiment au cœur de ce physiciens dire quand ils parlent de relativité. Tout le scénario est basé sur l'idée que Biff voyageait très vite, donc le temps a ralenti pour lui.

Le problème est qu'en relativité, seul le mouvement relatif est impliqué. Et si vous considériez les choses du point de vue de Biff, il restait immobile tout le temps, et c'était Cliff qui s'éloignait à grande vitesse. Les calculs effectués de cette manière ne devraient-ils pas signifier que Cliff est celui qui vieillit plus lentement? La relativité n'implique-t-elle pas que ces situations sont symétriques?

Maintenant, si Biff et Cliff étaient sur des vaisseaux spatiaux se déplaçant à des vitesses constantes dans des directions opposées, cet argument serait parfaitement vrai. Les règles de la relativité restreinte, qui régissent les référentiels à vitesse constante (inertielle), indiquent que seul le mouvement relatif entre les deux est ce qui compte. En fait, si vous vous déplacez à une vitesse constante, il n'y a même pas d'expérience que vous puissiez effectuer dans votre cadre de référence qui vous distinguerait d'être au repos. (Même si vous regardiez à l'extérieur du navire et que vous vous compariez à un autre cadre de référence constant, vous ne pouviez que déterminer que l'un d'entre vous bouge, mais pas lequel.)

Mais il y a une distinction très importante ici: Biff accélère au cours de ce processus. Cliff est sur la Terre, qui pour les fins de ceci est essentiellement "au repos" (même si en réalité la Terre bouge, tourne et accélère de diverses manières). Biff est sur un vaisseau spatial qui subit une accélération intensive pour lire près de la vitesse de la lumière. Cela signifie, selon relativité générale, qu'il y a en fait des expériences physiques qui pourraient être réalisées par Biff qui lui révéleraient qu'il accélère... et les mêmes expériences montreraient à Cliff qu'il n'accélère pas (ou du moins accélère beaucoup moins que Biff).

La caractéristique clé est que, tandis que Cliff est dans un cadre de référence tout le temps, Biff est en fait dans deux cadres de référence - celui où il s'éloigne de la Terre et celui où il revient à la Terre.

La situation de Biff et la situation de Cliff sont donc ne pas en fait symétrique dans notre scénario. Biff est absolument celui qui subit l'accélération la plus importante, et c'est donc lui qui subit le moins de passage de temps.

Ce paradoxe (sous une forme différente) a été présenté pour la première fois en 1911 par Paul Langevin, dans lequel l'accent a mis accélération elle-même était l'élément clé à l'origine de la distinction. De l'avis de Langevin, l'accélération avait donc un sens absolu. En 1913 cependant, Max von Laue a démontré que les deux référentiels suffisaient à eux seuls à expliquer la distinction, sans avoir à tenir compte de l'accélération elle-même.