Paradoxul gemenilor este un paradox faimos în fizica modernă: doi gemeni, unul care călătorește în spațiu, altul care rămâne acasă – când se întâlnesc au vârste diferite. Paradoxul este explicat de teoria relativității generale a lui Einstein, care nu se știe dacă este valabilă în mecanica cuantică. Din acest motiv, un grup de cercetători pune la punct o versiune cuantică a experimentului gemenilor cu un „ceas” atomic.
Teoria lui Einstein, cea a relativității generale care descrie ce se întâmplă cu evenimentele în spațiu și timp într-un câmp gravitațional sau în sisteme accelerate, a fost verificată experimental de-a lungul anilor cu o acuratețe extrem de mare. Ceasurile atomice reușesc, de exemplu, să efectueze teste de mare precizie și să ne spună că, într-adevăr, timpul trece mai încet într-un câmp gravitațional mai intens. Un ceas atomic situat pe Pământ va merge mai încet decât un ceas atomic în spațiu.
Există și un paradox faimos, cel al gemenilor, în care unul dintre frați pleacă într-o călătorie spațială iar celălalt rămâne acasă. La întoarcere, cei doi au vârste diferite. Paradoxul, valabil în cadrul relativității restrânse, unde dădea o soluție absurdă – din punctul de vedere al fiecărui frate, cel mai tânăr era cel care a călătorit – are o soluție unică și elegantă tocmai în cadrul relativității generale. În cadrul acestei teorii, fratele care a călătorit, pentru a reuși să se întoarcă acasă, este supus unor accelerații intense (echivalente cu câmpuri gravitaționale intense). Cei doi frați sunt deci supuși la condiții diferite de accelerații. Ei bine, cel accelerat rămâne mai tânăr și, depinzând de accelerația la care a fost supus, el ar putea fi chiar mult mai tânăr ca cel rămas acasă.
Acest fapt a fost verificat cu ceasuri atomice gemene: ceasul care a fost supus unor accelerații sau câmpuri gravitaționale mai intense a înregistrat o scurgere a timpului mai lentă. Folosim acest lucru în actualele GPS-uri ca să obținem poziția corectă.
La ora actuală însă, cele două teorii de bază ale fizicii, mecanica cuantică și relativitatea generală, nu reușesc să formeze o unică teorie care să explice Universul. Aceasta constituia o mare problemă deja de pe vremea lui Einstein, care a încercat mai bine de 30 de ani să unească cele două teorii, născute tocmai prin contribuția și geniul său.
Pentru a participa la rezolvarea acestei probleme, dacă există o soluție, cercetătorii de la Universitatea din Ulm, orașul în care s-a născut Einstein, în colaborare cu cercetători de la alte universități, au decis să realizeze o versiune cuantică a paradoxului gemenilor. Adică să folosească un ceas atomic, unul singur, care să reprezinte ambii gemeni, grație principiului de suprapunere de stări din mecanica cuantică. Practic, un sistem atomic se poate găsi în mai multe stări simultan și un ceas atomic poate parcurge în același timp mai multe traiectorii – fiind atât geamănul rămas acasă cât și cel călător din versiunea paradoxului gemenilor.
Experimentul va fi efectuat la așa-numita fântână atomică de 10 metri, în construcție la Leibniz University Hannover. Va fi folosit fenomenul de interferență, tipic mecanicii cuantice, pentru a putea ajunge la concluzii legate de versiunea cuantică a paradoxului gemenilor aplicată sistemului atomic.
Pe lângă rezultatul științific, acest experiment va avea și implicații practice: dezvoltarea unor noi sisteme de navigație sau de măsurare a accelerațiilor.
Rămâne deci de văzut dacă rezultatul experimentului va fi în acord cu teoria sau ceva nou și interesant va fi măsurat, care ar necesita o nouă teorie capabilă să unească teoria relativității generale cu mecanica cuantică sau să le înlocuiască cu o teorie cu totul diferită.
Pentru cei care doresc să afle mai multe detalii, recomand articolul „Interference of clocks: A quantum twin paradox”, publicat în revista Science Advances.
