مفارقة التوأم

في الفيزياء، تعد مسألة مفارقة التوأم أو التوأم النقيض مسألة فكرية في النسبية الخاصة، وفيها يقوم أحد التوأمين برحلة إلى الفضاء بواسطة صاروخ فضائي عالي السرعة قريب من سرعة الضوء ثم يعود إلى موطنه ليكتشف أنه قد أمضى عمراً أقل من أخيه التوأم الذي ظل على الأرض. تبدو هذه النتيجة كلغز محير لأن كلا من التوأمين ينظر للآخر على أنه مسافر بالنسبة للآخر، وهكذا، ووفقا لتطبيق لتباطؤ الزمن، فإن كل منهما يفترض أن يكتشف أن الآخر قد عمر أكثر منه على نحو متناقض.

في الحقيقة لا تمثل النتيجة مفارقة بالمعنى الحقيقي، نظراً لأنه من الممكن حلها في مجال الإطار القياسي للنسبية الخاصة. لقد تم بالفعل التحقق من ذلك عمليا بالاستعانة بقياسات ساعات سيزيوم ذرية دقيقة داخل طائرات محلقة في الجو وكذلك الأقمار الاصطناعية.

بدءً ببول لانجفان عام 1911، أصبح هناك العديد من التفسيرات لهذه المفارقة، العديد منها اعتمد على عدم وجود تعارض، ولأنه لا يوجد تماثل فإن توأما واحدا فقط يكون قد خضع لتسارعات وتباطؤات في رحلته، وبالتالي التفريق بين الحالتين.

أحد روايات الجدل في عدم التماثل التي جاء بها ماكس فون لاوه في 1913 كانت أن التوأم المسافر يستخدم إطارين عطاليين: أحدهما لدى ابتعاده في الرحلة والآخر لدى عودته. على ذلك فإن التبديل بين الإطارين كان سبباً في الفرق وليس التعجيل الذي تقدمه التفسيرات الأخرى وتأخذ التسارع بعين الاعتبار هو ذا المحفز على التباطؤ الزماني حيث استعان كل من آينشتين، بورن ومولر بتباطؤ الزمن الثقالي لتفسير مسألة العمر بناء على تأثيرات التسارع. يمكن استعمال كل من النسبية الخاصة والتباطؤ الزمني الثقالي لتفسير تجربة هافيلي-كيتنغالتي التي استعملت لقياس تباطؤ الزمن بواسطة ساعات ذرية دقيقة موضوعة على طائرات محلقة.