İkiz Paradoksu

1. İkiz Paradoksu Nisa Ekmekcioğlu

2. Zaman Kavramı • Zaman kavramının tam olarak anlaşılması, özellikle fizik biliminde pozitif bağlamda çok büyük bir sıçrayışa vesile olmuştur. Simetrik bir devinim olan güneşin doğması ve batması (Gündüz-gece) olayı insanoğlunun ezelden beri aşina olduğu bir kavram olduğundan pratik hayatında kullandığı birçok olguyu bu kavram doğrultusunda sıraya yerleştiriyordu.

4. Modern Fizikte Zaman • Modern fizikte zaman kavramının önemi Einstein ile beraber ortaya çıkmıştır. Einstein’dan önceleri geçerli olan Newton fiziği uzay-zamanı ayrı ele alarak, zamanı; evrenin her noktası için mutlak kabul etmekte ve zamanın bütün referans sistemlerinden bağımsız olduğunu söylemekteydi.

5. Einstein bu kavramın yanlış olabileceğini daha o günlerde kestiriyordu. Işık hızı ve zaman arasında bir kopma noktası olabileceğini düşünen Einstein bu düşüncesini bazı örneklerle desteklemeye çalıştı. 

6. Mesela bir saat kulesinin yakınlarında olduğunu farz eden Einstein, saat kulesinin tam 12’yi gösterdiğini varsaymıştır. O saat kulesinin Einstein’a saatin tam 12 olduğunu göstermesi, ışık ışınlarının önce saat kulesine ve oradan da Einstein’ın gözlerine yansıması demektir

7. Ama burada bir gariplik vardır; ışık ışınları tam saat kulesindeyken de Einstein’ın gözlerine gelirken aldığı yol boyunca da dahil olmak üzere bütün bir zaman aralığında hep aynı bilgiyi taşıdığını(saatin 12 olduğu bilgisi) görmüştür ve ışık ışınları için zamanın durduğu sonucuna ulaşmıştır. Einstein “eğer o ışık ışınının üzerinde yolculuk yapsaydım dünyayı nasıl görürdüm?” diye düşünür ve bu düşüncesinde yıllar sonra bulacağı özel görelilik teorisinin altyapısı bulunduğu açıkça görülmektedir.

8. Özel Görelilik • Einstein özel görelilik teorisinde kısaca; evrende hiçbir ivmeli hareket eden nesnenin ışık hızına ulaşamayacağını söyler. 

9. İkiz Paradoksu • Dünya Dünya’da kalır, Evren ise bir roketle ışık hızının %80 hızıyla AlphaCentauri yıldızına gider. AlphaCentauri Dünya’dan 4 ışık yılı uzaklıkta olduğuna göre, Evren’in oraya varışı 5 ışık yılı sürer. Evren’in saati Dünya’nın saatine göre %40 daha yavaş ilerler.Bu nedenle Evren bu yolculukta sadece 3 yıl yaşlanırken; Dünya, Evren’in yıldıza varışını 5 yıl olarak ölçer.

10. Evren, AlphaCentauri’ye ulaştığı anda yön değiştirir ve yine ışık hızının %80’i kadar hızla geri döner. Dönüş yolculuğu yine aynı şekilde Dünya tarafından 5 yıl, Evren tarafından da 3 yıl olarak ölçülür. Sonuç olarak Evren Dünya’ya vardığında; kendisinin toplam 6 yıl, Dünyanın ise toplam 10 yıl yaşlandığını görür. Yani Evren dünya zamanına göre 4 yıl ileri gitmiştir. 

11.  İşte paradoks tam bu noktada ortaya çıkar. Evren ışık hızının %80’i hızla AlphaCentauri’ye doğru giderken, roketin camından bakıp, aslında Dünya’nın ışık hızının %80 hızıyla gittiğini ve kendisinin sabit durduğunu ileri sürebilir. Bu düşüncedeki yanlış şudur; İkiz kardeşler aynı deneyimleri yaşamadılar.

12. Dünya’da bulunan Dünya, yön değiştirmeksizin sabit bir hızla hareket eden bir gözlemci(Dünya’nın Güneş etrafındaki hızı ihmal ediliyor) olduğundan Einstein’ın ilk postülasını sağlar(postüla: Birbirine göre düzgün doğru hareket yapan tüm gözlemciler için ışık hızı aynıdır). Buna karşın Evren, yön değiştirmeksizin sabit hızla hareket eden bir gözlemci değildir. Evren, AlphaCentauri’ye vardığında yön değişitirir. İşte üzerinde durulması gereken en kritik nokta “yön değiştirme” olgusudur.

13. 20 yaşında iki ikiz kardeş düşünün. Bunlardan biri komşu yıldızlardan birine bir uzay yolculuğu yapacak olan bir astronot olsun. Diğeri de Dünya’da kalsın. • Yolculuğun 20 yıl gidiş, 20 yıl da dönüş olmak üzere toplam 40 yıl sürdüğünü varsayalım. Hesabın kolay olması açısından, roketin de ışık hızının %87’si kadar bir hızla yol aldığını düşünelim.

14. Sorumuz şu: Tekrar buluştuklarında hangi kardeş daha yaşlı olacaktır? 

15.  Dünya’daki kardeş yolculuğun başında 20 yaşındaydı. Yolculuk 40 yıl sürdüğüne göre, tekrar buluştuklarında kendisi 60 yaşında olur. • Astronot kardeş de başlangıçta 20 yaşındaydı. Dünya’ya göre 40 yıl yolculuk etti ama roketteki saatler iki kat daha yavaş işlediği için bu süreç boyunca sadece 20 yıl yaşlandı. Dolayısıyla, buluşma anında astronot 40 yaşında.

16. Referans • http://www.genbilim.com/content/view/230/36/ • http://evrenbilimi.blogcu.com/ozel-gorelilik-ikiz-paradoksu/3287595