La paradoja gemela es un experimento mental que demuestra la curiosa manifestación de dilatación del tiempo en física moderna, tal como fue introducido por Albert Einstein a través de la teoría de la relatividad.
Considere dos gemelos, llamados Biff y Cliff. En su vigésimo cumpleaños, Biff decide subirse a una nave espacial y despegar al espacio exterior, viajando a casi la velocidad de la luz. Viaja alrededor del cosmos a esta velocidad durante unos 5 años, regresando a la Tierra cuando tiene 25 años.
Cliff, por otro lado, permanece en la Tierra. Cuando Biff regresa, resulta que Cliff tiene 95 años.
¿Que pasó?
Según la relatividad, dos marcos de referencia que se mueven de forma diferente experimentan el tiempo de manera diferente, un proceso conocido como dilatación del tiempo. Debido a que Biff se movía tan rápido, el tiempo se movía más lentamente para él. Esto se puede calcular con precisión usando Transformaciones de Lorentz, que son una parte estándar de la relatividad.
Twin Paradox One
La primera paradoja gemela no es realmente una paradoja científica, sino lógica: ¿Qué edad tiene Biff?
Biff ha experimentado 25 años de vida, pero también nació en el mismo momento que Cliff, que fue hace 90 años. Entonces, ¿tiene 25 años o 90 años?
En este caso, la respuesta es "ambos"... dependiendo de qué manera estás midiendo la edad. Según su licencia de conducir, que mide el tiempo de la Tierra (y sin duda ha expirado), tiene 90 años. Según su cuerpo, tiene 25 años. Ninguna edad es "correcta" o "incorrecta", aunque la administración de la seguridad social podría hacer una excepción si intenta reclamar beneficios.
Twin Paradox Two
La segunda paradoja es un poco más técnica, y realmente llega al corazón de lo que físicos es decir, cuando hablan de relatividad. Todo el escenario se basa en la idea de que Biff viajaba muy rápido, por lo que el tiempo se ralentizó para él.
El problema es que en la relatividad, solo está involucrado el movimiento relativo. Entonces, ¿qué pasaría si consideraras las cosas desde el punto de vista de Biff? Entonces él permaneció inmóvil todo el tiempo, y fue Cliff quien se alejó a gran velocidad. ¿No deberían los cálculos realizados de esta manera significar que Cliff es el que envejece más lentamente? ¿No implica la relatividad que estas situaciones son simétricas?
Ahora, si Biff y Cliff estuvieran en naves espaciales viajando a velocidades constantes en direcciones opuestas, este argumento sería perfectamente cierto. Las reglas de la relatividad especial, que rigen los marcos de referencia de velocidad constante (inercial), indican que solo el movimiento relativo entre los dos es lo que importa. De hecho, si se está moviendo a una velocidad constante, ni siquiera hay un experimento que pueda realizar dentro de su marco de referencia que lo distinga de estar en reposo. (Incluso si miraras fuera de la nave y te compararas con algún otro marco de referencia constante, solo podrías determinar que uno de ustedes se mueve, pero no cuál.)
Pero hay una distinción muy importante aquí: Biff se está acelerando durante este proceso. Cliff está en la Tierra, que a los efectos de esto está básicamente "en reposo" (aunque en realidad la Tierra se mueve, gira y acelera de varias maneras). Biff está en una nave espacial que experimenta una aceleración intensa para leer cerca de la velocidad de la luz. Esto significa, según relatividad general, que en realidad Biff podría realizar experimentos físicos que le revelarían que está acelerando... y los mismos experimentos mostrarían a Cliff que no está acelerando (o al menos acelerando mucho menos que Biff).
La característica clave es que mientras Cliff está en un marco de referencia todo el tiempo, Biff está realmente en dos marcos de referencia: el que viaja lejos de la Tierra y el que regresa al Tierra.
Entonces la situación de Biff y la situación de Cliff son no en realidad simétrica en nuestro escenario. Biff es absolutamente el que experimenta la aceleración más significativa y, por lo tanto, es el que sufre la menor cantidad de tiempo.
Historia de la paradoja gemela
Esta paradoja (en una forma diferente) fue presentada por primera vez en 1911 por Paul Langevin, en el cual el énfasis enfatizó la idea de que aceleración fue el elemento clave que causó la distinción. En opinión de Langevin, la aceleración, por lo tanto, tenía un significado absoluto. Sin embargo, en 1913, Max von Laue demostró que los dos marcos de referencia solos son suficientes para explicar la distinción, sin tener que dar cuenta de la aceleración misma.