Paradoja de los gemelos: ¿el envejecimiento depende del movimiento?

En realidad, cuando te mueves cerca de la velocidad de la luz$c$no notas ningún cambio en tus relojes internos (latidos del corazón, envejecimiento, etc.). Pero esos observadores que te ven viajar cerca de$c$medir que sus relojes internos son lentos.

Está tocando varios temas aquí, y ninguno de ellos tiene una respuesta tan simple como probablemente desee.

Cualquier noción de la declaración "el tiempo es solo una percepción humana, no es una entidad física real" es realmente filosófica en lugar de física: pregúntele a un filósofo si le interesa comprender los problemas detrás de tal declaración, o incluso los significados más profundos de tales palabras. La física puede proporcionar respuestas ciertas, más concretas, pero potencialmente menos significativas. Por lo que vale, la física puede decirte que el tiempo es tan "real" y "físico" como lo es la distancia, o cualquier otra cosa que quieras medir.

Anuar tiene razón en que los observadores que te ven viajar cerca de$c$mida sus relojes internos como lentos, pero aclaremos eso. En primer lugar, dado que está tocando cuestiones filosóficas fundamentales de la relatividad, permítame afirmar explícitamente que el efecto que menciona Anuar no es de ninguna manera un efecto de la percepción humana. Es una realidad física fundamental del universo. La relatividad nos dice que los procesos que no son percibidos por los humanos y que de ninguna manera están influenciados por la percepción humana procederán como si el envejecimiento de una persona (o cualquier otra cosa) con una velocidad relativa distinta de cero.$v$se ralentiza por un factor de$\frac{1}{1-v^2/c^2}$. Si cualquier objeto externo (consciente o no), llamemos a ese objeto Bob, viaja en una nave espacial a una fracción signifcativa de$c$en relación con usted, entonces en comparación con el reloj de su muñeca, el reloj de la muñeca de Bob estará más lento.

Puede ser útil proporcionar un contexto relevante para la noción de "reloj" en este caso; dado que su pregunta parece centrarse en la biología, definámosla en términos de biología. Los procesos biológicos fundamentales - el ciclo de Krebs, digamos - proceden bajo condiciones dadas (NTP, por ejemplo) a ciertas tasas fijas. Por lo tanto, definamos un ciclo de Krebs como un tictac de su reloj. Es importante señalar aquí que no existe una noción universal y "correcta" del tiempo. El tiempo siempre se mide en relación con algo. El universo no te permite definir ninguna noción de tiempo que sea independiente de cualquier reloj físicamente realizable. Por lo tanto, el ciclo de Krebs es un reloj tan bueno y tan real como podríamos pedir o necesitar. La relatividad dice quesi ve a otra persona moviéndose a su lado en una fracción significativa de$c$, la relación entre la tasa a la que esa persona envejece y la tasa a la que proceden los ciclos de Krebs de esa persona será la misma que esa misma proporción para usted o para cualquier otra persona, pero medirá todos los procesos, incluido el fundamental, el físico . proceso químico del ciclo de Krebs, y cualquier otro estándar concebible por el cual podrías medir el tiempo, tan lento como lo son en tu propio cuerpo . No hay, ni siquiera en principio, ningún medio por el cual pueda discernir qué "tasa de tiempo" de la persona es "correcta". Si este efecto es "real" o no, no es una cuestión física.

Volviendo a su pregunta original, la respuesta, lamentablemente, es que se trata en gran medida de la definición de las palabras que está utilizando. La tasa de envejecimiento de cada gemelo en la paradoja, medida en relación con cualquier noción significativa de tiempo medido en relación con él mismo, como la tasa a la que proceden los procesos químicos en sus células, es la misma. Por otro lado, cada gemelo medirá que la tasa de envejecimiento de su gemelo es más lenta que la de él mismo. Ambas afirmaciones son completa y objetivamente verdaderas.Vale la pena señalar, sin embargo, que la paradoja clásica de los gemelos se formula en el contexto de la relatividad especial, que no puede dar cuenta del proceso real de al menos un gemelo que se da la vuelta para volver a su hermano, y que la relatividad especial no puede responder a la pregunta de cuál gemelo será mayor cuando se reúnan, y que la relatividad general es necesaria y suficiente para resolver la paradoja.

Sus células siempre envejecen exactamente a la velocidad de un segundo por segundo en su marco de inercia comóvil; en última instancia, se rigen por los mismos procesos físicos que definen intervalos regulares en un reloj construido como un reloj. Si el reloj se mantiene en reposo en relación con el anciano de la canción, "El reloj de mi abuelo" siempre marcará el mismo número de veces hasta el número "noventa años sin dormir" para abarcar exactamente la vida del anciano, sin importar cuál sea el tiempo. camino a través del espacio-tiempo de la pareja puede tomar. El punto es que el tiempo se define por la velocidad de los procesos físicos.y en nuestro universo observamos que las proporciones de las tasas de estos procesos son siempre las mismas siempre que tengan lugar en el mismo marco inercial, ya sean oscilaciones del péndulo, reacciones químicas, intervalos entre los eventos de división celular y apoptosis y los procesos de envejecimiento que estos implican o incluso los procesos neuronales que definen la percepción humana misma; la percepción en sí misma es un proceso físico , y en física no tiene sentido decir que algo es "solo una percepción". Entonces siempre sientes que envejeces al mismo ritmo en relación con lo que sucede en tu vecindario inmediato en el mundo.

Así como la razón de tasas de cualquier par de procesos físicos es siempre la misma cuando los procesos están en el mismo marco inercial, la misma razón variará cuando los dos procesos ocurran en diferentes marcos inerciales relativamente móviles (o, más generalmente, cuando sus sistemas de referencia inerciales instantáneamente comóviles difieren); la variación se rige por la transformación de Lorentz y su factor de dilatación temporal implícito. Este es el significado fundamental del tiempo en física, y observamos que no importa si las velocidades son las de oscilaciones del péndulo, reacciones químicas o lo que sea. Es el hecho experimental de que estas proporciones son independientes de los procesos físicos lo que nos permite tener una noción bien definida del tiempo en nuestro Mundo.

Cuando se está moviendo rápido, su envejecimiento se ralentizará - vea el diagrama de Minkowski: Hay 3 líneas de mundo de naves espaciales que viajan en t = 10 minutos (hora de la Tierra) 1, 2 y 3 minutos luz. El tiempo propio τ disminuye de 10 minutos a 9,54 minutos. La relación τ/t disminuye al aumentar la velocidad. Eso significa que cuando te mueves rápido, tu envejecimiento se ralentizará.

Pero espera un minuto, solo hay un pequeño problema que resolver: ¡la velocidad es relativa! Eso significa que si la nave espacial afirma moverse (según el marco de la Tierra), la Tierra también podría afirmar que se está moviendo (de acuerdo con el marco de la nave espacial). ¿Quién envejece menos, la Tierra o la nave espacial?

La física ofrece dos soluciones para el arbitraje de este conflicto:

• La primera solución es referirse a un marco de referencia preferido (en particular: coordenadas comóviles). El resultado será que, según el marco de referencia preferido, no la Tierra sino la nave espacial se mueve cerca de la velocidad de la luz.

• La segunda solución es la que propone la paradoja de los gemelos: Un encuentro posterior entre ambos marcos para que ambos gemelos puedan sincronizar sus relojes. Sin embargo, un encuentro implica que al menos uno de ambos marcos está cesando su movimiento lineal, para lograr un viaje de ida y vuelta. En el ejemplo, la nave espacial regresará a la Tierra (es menos probable que la Tierra regrese a la nave espacial).

Sé que la teoría dice que es el tiempo el que se ralentiza

No; esa es una formulación frustrantemente tonta que desafortunadamente se ha difundido en algunas popularizaciones. Lo que se puede decir con confianza es en cambio:

1. Para hacer afirmaciones sobre los valores de alguna cantidad (especialmente si son iguales o desiguales) se debe definir la cantidad en consideración; declarando así también cómo medir sus valores, al menos en principio.

Eso se llama especificar la teoría; por lo que ciertamente es sensato decir que una teoría particular implica un cierto rango de valores de alguna cantidad particular, o alguna relación particular entre los valores de las cantidades evaluadas en el mismo ensayo. En cuanto a la teoría de la relatividad, y específicamente su método de cómo medir (comparar) duraciones se puede inferir (por ejemplo):

2. Si dos participantes se separaron y luego se volvieron a encontrar, entonces la duración de un participante desde la partida hasta el reencuentro no es necesariamente igual a la duración del otro participante desde la partida hasta el reencuentro; la relación depende de los detalles de las mociones (separadas) de estos participantes (tal como se describen conjuntamente, entre sí, por miembros de cualquier sistema de referencia adecuado).

La prescripción de la configuración típica de la "paradoja de los gemelos" es tal que la duración de un gemelo desde su partida hasta su reunión es diferente de la duración del otro gemelo desde su partida hasta su reunión.

Como ilustración y pauta general: la duración, desde la partida hasta la reunión, de un gemelo que fue y siguió siendo miembro de un sistema inercial particular durante todo el ensayo (y que, por lo tanto, podría llamarse el "gemelo que se queda en casa", o el "gemelo asentado") es siempre mayor que la duración, desde la salida hasta la reunión, de un gemelo que no lo era (pero que "cambió entre sistemas inerciales", o que no fue miembro de un sistema inercial en ningún momento, y que, por lo tanto, podría llamarse el "gemelo itinerante"). La relación
"duración del itinerante / duración del colono"
está, por supuesto, representada (por partes, esquemáticamente) por el número$\sqrt{1 - (v/c)^2}$, donde la velocidad$v$se determina del gemelo itinerante con respecto a los miembros del marco inercial al que perteneció el gemelo asentado en todo momento.

pero mi entendimiento (puede estar equivocado) es que el tiempo es solo una percepción humana, no es una entidad física real.

Bueno, la palabra " tiempo " se usa en varios sentidos más o menos definidos. Para ser inequívoco, la cantidad física geométrica-cinemática correspondiente cuya medida se define en el contexto de la teoría de la relatividad puede llamarse "duración". (Aquellos que aparentemente son menos cuidadosos con la elección de la terminología podrían llamar a esta cantidad "tiempo adecuado").

¿Podemos inferir de la paradoja de los gemelos que el proceso de envejecimiento (desintegración celular u otros procesos biológicos) depende del movimiento?

La "paradoja de los gemelos" ilustra la necesidad y la posibilidad de comparar duraciones en primer lugar. De este modo obtenemos los medios para determinar y comparar tasas de varios procesos; como comparar la tasa del proceso de envejecimiento de un gemelo con la tasa del proceso de envejecimiento del otro gemelo. (Tal vez, especificar a los participantes como gemelos viene con la expectativa de que sus tasas de envejecimiento por separado deberían permanecer iguales, mientras estaban separados el uno del otro. Pero, por supuesto, esto no evita medir/comparar sus tasas de envejecimiento, prueba por prueba. ; y esto requiere una declaración de cómo medir, como se indicó anteriormente).