Apa itu Twin Paradox? Perjalanan Waktu Nyata

Paradoks kembar adalah eksperimen pikiran yang menunjukkan manifestasi penasaran pelebaran waktu dalam fisika modern, seperti yang diperkenalkan oleh Albert Einstein melalui teori relativitas.

Pertimbangkan dua kembar, bernama Biff dan Cliff. Pada ulang tahun ke-20 mereka, Biff memutuskan untuk naik pesawat ruang angkasa dan berangkat ke luar angkasa, bepergian dengan kecepatan hampir kecepatan cahaya. Dia melakukan perjalanan di sekitar kosmos dengan kecepatan ini selama sekitar 5 tahun, kembali ke Bumi ketika dia berusia 25 tahun.

Tebing, di sisi lain, tetap di Bumi. Ketika Biff kembali, ternyata Cliff berusia 95 tahun.

Menurut relativitas, dua kerangka acuan yang bergerak berbeda dari satu sama lain mengalami waktu yang berbeda, suatu proses yang dikenal sebagai pelebaran waktu. Karena Biff bergerak sangat cepat, waktu terasa bergerak lebih lambat untuknya. Ini dapat dihitung dengan tepat menggunakan Transformasi Lorentz, yang merupakan bagian standar dari relativitas.

Paradoks kembar pertama sebenarnya bukan paradoks ilmiah, melainkan paradoks logis: Berapa umur Biff?

Biff telah mengalami 25 tahun kehidupan, tetapi ia juga dilahirkan pada saat yang sama dengan Cliff, yaitu 90 tahun yang lalu. Jadi apakah dia berusia 25 tahun atau 90 tahun?

Dalam hal ini, jawabannya adalah "keduanya"... tergantung pada cara Anda mengukur usia. Menurut SIM-nya, yang mengukur waktu Bumi (dan tidak diragukan lagi berakhir), dia berusia 90 tahun. Menurut tubuhnya, dia berusia 25 tahun. Baik usia adalah "benar" atau "salah," meskipun administrasi jaminan sosial mungkin mengambil pengecualian jika ia mencoba untuk mengklaim manfaat.

Paradoks kedua sedikit lebih teknis, dan benar-benar menyentuh inti dari apa fisikawan artinya ketika mereka berbicara tentang relativitas. Seluruh skenario didasarkan pada gagasan bahwa Biff bepergian sangat cepat, sehingga waktu melambat baginya.

Masalahnya adalah bahwa dalam relativitas, hanya gerakan relatif yang terlibat. Jadi bagaimana jika Anda mempertimbangkan hal-hal dari sudut pandang Biff, maka ia tetap diam sepanjang waktu, dan Cliff yang bergerak menjauh dengan kecepatan cepat. Tidakkah perhitungan dilakukan dengan cara ini berarti bahwa Cliff adalah orang yang menua lebih lambat? Bukankah relativitas menyiratkan bahwa situasi ini simetris?

Sekarang, jika Biff dan Cliff berada di pesawat ruang angkasa bepergian dengan kecepatan konstan dalam arah yang berlawanan, argumen ini akan sepenuhnya benar. Aturan relativitas khusus, yang mengatur kerangka acuan kecepatan konstan (inersia), menunjukkan bahwa hanya gerakan relatif di antara keduanya yang penting. Bahkan, jika Anda bergerak dengan kecepatan konstan, bahkan tidak ada percobaan yang dapat Anda lakukan dalam kerangka referensi Anda yang akan membedakan Anda dari yang diam. (Bahkan jika Anda melihat ke luar kapal dan membandingkan diri Anda dengan kerangka referensi konstan lainnya, Anda hanya bisa menentukan itu salah satu dari Anda bergerak, tetapi bukan yang mana.)

Tapi ada satu perbedaan yang sangat penting di sini: Biff mempercepat selama proses ini. Tebing ada di Bumi, yang untuk tujuan ini pada dasarnya "diam" (meskipun dalam kenyataannya Bumi bergerak, berputar, dan berakselerasi dengan berbagai cara). Biff ada di pesawat ruang angkasa yang mengalami akselerasi intensif untuk membaca di dekat lightspeed. Ini berarti, menurut Relativitas umum, bahwa sebenarnya ada eksperimen fisik yang dapat dilakukan oleh Biff yang akan mengungkapkan kepadanya bahwa dia mempercepat... dan eksperimen yang sama akan menunjukkan pada Cliff bahwa dia tidak mempercepat (atau setidaknya mempercepat jauh lebih sedikit daripada Biff).

Fitur utama adalah bahwa sementara Cliff berada dalam satu kerangka referensi sepanjang waktu, Biff sebenarnya dalam dua kerangka referensi - yang mana dia bepergian jauh dari Bumi dan yang mana dia kembali ke Bumi.

Jadi situasi Biff dan situasi Cliff tidak sebenarnya simetris dalam skenario kami. Biff benar-benar orang yang mengalami akselerasi yang lebih signifikan, dan karena itu dialah yang paling sedikit mengalami lintasan waktu.

Paradoks ini (dalam bentuk yang berbeda) pertama kali disajikan pada tahun 1911 oleh Paul Langevin, di mana penekanannya menekankan gagasan bahwa percepatan itu sendiri adalah elemen kunci yang menyebabkan perbedaan. Dalam pandangan Langevin, akselerasi, karenanya, memiliki makna absolut. Namun pada tahun 1913, Max von Laue menunjukkan bahwa dua kerangka referensi saja sudah cukup untuk menjelaskan perbedaannya, tanpa harus memperhitungkan akselerasi itu sendiri.