5. Pruebas sobre la "paradoja de los gemelos"

La llamada "paradoja de los gemelos" ocurre cuando dos relojes se sincronizan, separan y vuelven a unir. Si un reloj permanece en un marco inercial, entonces el otro debe acelerarse en algún momento durante su viaje, y muestra menos tiempo propio transcurrido que el reloj inercial. Esto es una "paradoja" sólo en el sentido de que parece ser inconsistente pero no lo es.
  • Hafele y Keating, Nature 227 (1970), pág. 270 (propuesta).Science Vol. 177 págs. 166-170 (1972) (experimento).
Volaron relojes atómicos en aviones comerciales de todo el mundo en ambas direcciones y compararon el tiempo transcurrido en los relojes aéreos con el tiempo transcurrido en un reloj terrestre (USNO). Su reloj en dirección este perdió 59 ns en el reloj de USNO; su reloj en dirección oeste ganó 273 ns; estos están de acuerdo con las predicciones de RG muy dentro de su resolución experimental e incertidumbres (que suman alrededor de 25 ns). Al usar cuatro relojes atómicos de haz de cesio, redujeron en gran medida sus errores sistemáticos debido a la deriva del reloj.

Criticado en: AG Kelly, "Fiabilidad de las pruebas de efectos relativistas en relojes aerotransportados", Inst. Engineers Ireland Monograph No. 3 (febrero de 1996), http://www.cartesio-episteme.net/H&KPaper.htm .

Su crítica no se sostiene, ya que no comprende las propiedades de los relojes atómicos y la forma en que los cuatro relojes se redujeron a un solo reloj de “papel”. Los promedios simples que él defiende no son tan precisos como el reloj de papel utilizado en el documento final; ese era el objetivo de volar cuatro relojes (lo llaman "cambio de tasa correlacionado"; esta técnica es utilizada por todas las organizaciones de estándares hoy en día para minimizar las deficiencias de los relojes atómicos).
También comentado en Schlegel, AJP 42 , pg 183 (1974). Él identifica la diferencia de tiempo Este-Oeste como el efecto Sagnac, señala que esto es independiente de la velocidad del reloj en relación con la Tierra (en rotación), y propone un sistema de coordenadas en el que se trata como la línea de fecha internacional (para su uso en transferencia de tiempo de alta precisión en todo el mundo); si bien es correcto, ha sido reemplazado por el sistema de coordenadas ECI del GPS .
Aquí hay una breve descripción de una repetición en el Reino Unido (2005): http://www.npl.co.uk/upload/pdf/metromnia_issue18.pdf (Página 2) -
  • Vessot et al., "Una prueba del principio de equivalencia utilizando un reloj espacial", Gel. Rel. Grav., 10 , (1979) 181-204."Prueba de gravitación relativista con un hidrógeno máser espacial", Phys. Rev. Lett. 45 2081–2084.
Volaron un máser de hidrógeno en un cohete Scout hacia el espacio y de regreso (no recuperado). Los efectos gravitacionales son importantes, al igual que los efectos de velocidad de RE. Este experimento también se conoce como "Sonda de gravedad A".
  • C. Alley, “Experimentos de tiempo apropiado en campos gravitacionales con relojes atómicos, aeronaves y pulsos de luz láser”, en Óptica cuántica, gravedad experimental y teoría de la medición, eds. Pierre Meystre y Marlan O. Scully, Proceedings Conf. Bad Windsheim 1981, 1983 Plenum Press Nueva York, ISBN 0-306-41354-X, págs. 363–427.
Volaron relojes atómicos en aviones que permanecieron localizados sobre la bahía de Chesapeake, y también volaron a Groenlandia y viceversa.
  • Bailey et al., "Medidas de dilatación del tiempo relativista para muones positivos y negativos en una órbita circular", Nature 268 (28 de julio de 1977) pág. 301.Bailey y col., Nuclear Physics B 150 págs. 1-79 (1979).
Almacenaron muones en un anillo de almacenamiento y midieron su vida útil. Cuando se combina con mediciones de la vida útil del muón en reposo, esto se convierte en un escenario gemelo altamente relativista ( v ~ 0.9994 c ), para el cual los muones almacenados son el gemelo viajero y regresan a un punto dado en el laboratorio cada pocos microsegundos. Vida útil del muón en reposo: Meyer et al., Physical Review 132 , pág. 2693 ; Balandin y col., JETP 40 , pág. 811 (1974) ; Bardin y col., Physics Letters 137B , pág. 135 (1984) . También una prueba de las hipótesis del reloj (abajo).

La hipótesis del reloj

La hipótesis del reloj establece que la frecuencia de tic de un reloj cuando se mide en un marco inercial depende solo de su velocidad relativa a ese marco, y es independiente de su aceleración o derivadas superiores. El experimento de Bailey et al. los muones mencionados anteriormente almacenaron en un anillo de almacenamiento magnético y midieron su vida útil. Mientras se almacenaban en el anillo, estaban sujetos a una aceleración adecuada de aproximadamente 10 18 g (1 g = 9,8 m / s 2 ). La concordancia observada entre la vida útil de los muones almacenados y la de los muones con la misma energía moviéndose inercialmente confirma la hipótesis del reloj para aceleraciones de esa magnitud.
  • Sherwin, “Algunas pruebas experimentales recientes de la 'paradoja del reloj'”, Phys. Apocalipsis 129 no. 1 (1960), pág.17.
Discute algunos experimentos de Mössbauer que muestran que la velocidad de un reloj es independiente de la aceleración (~ 10 16 g) y depende solo de la velocidad.

Base experimental de la Relatividad Especial - Indice
1. Introducción
2. Experimentos tempranos (anteriores a 1905)
3. Pruebas de los dos postulados de Einstein
4. Pruebas de dilatación del tiempo y efecto Doppler transversal
5. Pruebas de la paradoja de los gemelos
6. Pruebas de cinemática relativista
7. Pruebas de contracción de la longitud
8. Pruebas recientes de CPT e invariancia de Lorentz
9. Otros experimentos
10. Experimentos que aparentemente no son consistentes con RE / GR
11. Expresiones de gratitud y copyrigth