Paradoxul gemenilor este un paradox faimos în fizica modernă: doi gemeni, unul care călătoreşte în spaţiu, celălalt rămâne acasă; când se întâlnesc, după călătoria primului, au vârste diferite. Paradoxul este explicat de teoria relativităţii generale a lui Einstein, o teorie a gravitației care este incompatibilă cu mecanica cuantică. Din acest motiv un grup de cercetători este pe cale să pună la punct o versiune cuantică a experimentului gemenilor cu ajutorul unui „ceas” atomic.


Teoria relativității generale a lui Einstein, care descrie ce se întâmplă de exemplu într-un câmp gravitaţional sau în sisteme accelerate, cu evenimentele în spaţiu şi timp, a fost verificată experimental de-a lungul anilor cu o precizie extrem de mare. Ceasurile atomice reuşesc, de exemplu, să efectueze teste de mare precizie şi să ne spună că într-adevăr timpul trece mai încet într-un câmp gravitaţional mai intens. Un ceas atomic situat pe pământ va merge mai încet decât un ceas atomi în spaţiu.

Există şi un paradox faimos, cel al gemenilor, în care unul dintre fraţi pleacă într-o călătorie spaţială, iar celălalt rămâne acasă. La întoarcere cei doi au vârste diferite. Paradoxul are o soluţie unică şi elegantă în cadrul relativităţii generale. În cadrul acestei teorii fratele care a călătorit, pentru a reuşi să se întoarcă acasă, este supus unor acceleraţii intense (echivalente cu câmpuri gravitaţionale intense), cei doi fraţi fiind deci supuşi la condiţii diferite de acceleraţie. Ei bine, cel care a accelerat va fi mai tânăr; la întâlnire, depinzând de acceleraţia la care a fost supus, fratele călător ar putea fi mult mai tânăr ca cel rămas acasă.

Acest fapt a fost verifică cu ceasuri atomice gemene: ceasul care a fost supus unor acceleraţii sau câmpuri gravitaţionale mai intense înregistra o scurgere a timpului mai lentă. Chiar folosim acest lucru în actualele GPS-uri ca să obţinem poziţia corectă.

La ora actuală însă cele două teorii de bază ale fizicii, mecanica cuantică şi relativitatea generală, nu reuşesc să formeze o unică teorie care să explice universul. Este nevoie de o teorie a gravitației cuantice. Aceasta era o mare problemă deja de pe vremea lui Einstein, care a încercat mai bine de 30 de ani să unească cele două teorii care au luat naştere tocmai prin contribuţia şi geniul lui.

 

Paradoxul gemenilor în relativitatea generală

 


O versiune cuantică a paradoxului gemenilor

Ca să contribuie la rezolvarea acestei probleme, dacă există o soluţie, cercetătorii de la Universitatea din Ulm, oraşul în care s-a născut Einstein, în colaborare cu cercetători de la alte universităţi, au decis să realizeze o versiune cuantică a paradoxului gemenilor. Practic, vor să folosească un unic ceas atomic,  care însă să fie… ambii gemeni, prin folosirea principiului de suprapunere de stări din mecanica cuantică. Practic un sistem atomic se poate găsi în mai multe stări simultan şi un ceas atomic poate parcurge în acelaşi timp mai multe traiectorii, fiind atât geamănul rămas acasă, cât şi cel care a călătorit, în versiunea paradoxului gemenilor.

Experimentul va fi efectuat într-o aşa-numită fântâna atomică de 10 metri care este în construcţie la Leibniz University Hannover. Va fi folosit fenomenul de interferenţă, tipic mecanicii cuantice,  pentru a putea ajunge la concluzii legate de versiunea cuantică a paradoxului gemenilor aplicată sistemului atomic. Pe lângă rezultatul ştiinţific, acest experiment va avea şi implicaţii practice: dezvoltarea unor noi sisteme de navigaţie sau de măsurare a acceleraţiilor.

Rămâne deci de văzut dacă rezultatul experimentului va fi în acord cu teoria sau ceva nou şi interesant va fi măsurat, care ar necesita o nouă teorie capabilă să unească teoria relativităţii generale cu mecanica cuantică sau să le înlocuiască cu o teorie cu totul diferită.

 



Mai multe detalii: Interference of clocks: A quantum twin paradox


Dacă găsiţi scientia.ro util, sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()
CoinGate Payment ButtonCriptomonedă
Susţine-ne pe Patreon!