Einstein's twin paradox explained - Amber Stuver

Translator: sann tint Reviewer: Myo Aung

On their 20th birthday, identical twin astronauts volunteer for an experiment.

နှစ်ဆယ်ပြည့်မွေးနေ့မှာ အမြွှာအာကာသယာဉ်မှူး နှစ်ဦးဟာ စမ်းသပ်မှုအတွက်် လုပ်အားပေးတယ်။

Terra will remain on Earth, while Stella will board a spaceship.

Terra က ကမ္ဘာမြေမှာ ကျန်ရစ်ကာ Stella က အာကာသယဉ်တစ်စင်းမှာ လိုက်ပါသွားပါမယ်။

Stella’s ship will travel at 86.6% the speed of light

Stella ရဲ့ ယာဉ်ဟာ အလင်းနှုန်းရဲ့ ၈၆.၆၆% နှုန်းဖြင့် မောင်းနှင်မှာ သွားပြီး

to visit a star that is 10 light-years away,

အလင်းနှစ် ၁၀ နှစ် ဝေးတဲ့ ကြယ်တစ်ခုဆီ အလည်သွားပြီးနောက်

then return to Earth at the same speed.

တူညီတဲ့နှုန်းနဲ့ ကမ္ဘာမြေဆီ ပြန်လာပါလိမ့်မယ်။

As they prepare to part ways,

သူတို့တွေကို ခွဲဖို့ ပြင်ဆင်ခိုက်မှာ

the twins wonder what will happen when they’re reunited.

အမွှာညီအမဟာ ပြန်ဆုံတဲ့အခါ ဘာများဖြစ်လာမလဲလို့ တွေးမိတယ်။

Since a light year is exactly the distance light can travel in a year,

အလင်းနှစ်တစ်နှစ်ဟာ တစ်နှစ်အတွင်း အလင်းသွားနိုင်တဲ့ တူညီတဲ့ အကွာအဝေးဖြစ်လို့

Stella’s journey should take 23 years.

Stella ရဲ့ခရီးဟာ ၂၃ နှစ် ကြာလိမ့်မယ်။

But from having studied special relativity,

ဒါပေမဲ့ အထူးနှိုင်းယှဉ်မှု သီအိုရီကို လေ့လာမှုကနေ

the twins know it’s not that simple.

ဒါဟာ ဒီလောက် မလွယ်ဘူးလို့ အမွှာညီအမ သိပါတယ်။

First of all, the faster an object moves through space,

ပထမဆုံးအနေနဲ့ အာကာသကို ဖြတ်ပြီးရွေ့တဲ့ အရာဝတ္ထုရဲ့ နှုန်းဟာ မြန်လေ၊

the slower it moves through time compared to an unmoving observer.

မရွေ့တဲ့ လေ့လာသူကို နှိုင်းယှဉ်ထားတဲ့ အချိန်ကို ဖြတ်ပြီး ရွေ့တာကပိုနှေးလေပါ။

This relationship can be quantified with something called the Lorentz factor,

ဒီဆက်စပ်မှုကို Lorentz ကိန်းလို့ ခေါ်တာနဲ့ တိုင်းတာနိုင်ပါတယ်၊

which is defined by this equation.

၎င်းကို ဒီညီမျှခြင်းနဲ့ သတ်မှတ်ပါတယ်။

And secondly, the length of a moving object as measured by an observer at rest

ဒုတိယအနေနဲ့ နားနေတဲ့ လေ့လာသူကနေ တိုင်းတာတဲ့ ရွေ့နေတဲ့ အရာဝတ္ထုရဲ့ အလျားဟာ

will contract by the same factor.

အလားတူကိန်းနဲ့ ကျုံ့သွားမှာပါ။

At 86.6% of the speed of light the Lorentz factor is 2,

အလင်းနှုန်း ၈၆.၆% မှာ Lorentz ကိန်းက ၂ ပါ၊

meaning time will pass twice as slowly aboard the spaceship.

ဆိုလိုတာက အချိန်ဟာ အာကာသယာဉ် ပေါ်တွင် နှစ်ဆ နှေးပြီးကုန်တာပါ။

Of course, Stella won’t notice time slowing down.

တကယ်က Stella ဟာ အချိန်နှေးတာကို သတိထားမိမှာမဟုတ်ဘူး။

That’s because all time-based processes in the ship will slow down as well–

အကြောင်းက ယာဉ်ထဲက အချိန်ကို အခြေပြုတဲ့ လုပ်ငန်းစဉ်အားလုံးလည်း နှေးမှာကြောင့်ပါ။

clocks and electrical devices;

နာရီတွေ၊ လျှပ်စစ် ကိရိယာတွေ

Stella’s biological activities including her rate of aging

အသက်ကြီးရင့်နှုန်းနဲ့ သူ့ရဲ့ အချိန် သဘောထား အပါအဝင် Stella ရဲ့

and her perception of time itself.

ဇီဝဆိုင်ရာ လှုပ်ရှားမှုတွေရောပါ။

The only people who could notice time on the moving spaceship

ရွေ့နေတဲ့ အာကာသယာဉ်ပေါ်က Stella အတွက် ပိုနှေးကွေးစွာ ကုန်ဆုံးတဲ့

passing slower for Stella

အချိန်ကို သတိပြုနိုင်တဲ့လူတွေက

would be observers in an inertial, or non-accelerating, reference frame–

အီနားရှား (သို့) အရှိန်မဲ့ အညွှန်းဘောင် တစ်ခုထဲက ကမ္ဘာမြေမှာ ကျန်ခဲ့တဲ့

like Terra back on Earth.

Terra လို လေ့လာသူတွေပဲ ဖြစ်လိမ့်မယ်။

Thus, Terra concludes that when they meet back on Earth,

ဒါကြောင့် Terra က သူတို့ ကမ္ဘာမြေမှာ ပြန်ဆုံရင် သူဟာ Stella ထက်

she’ll be older than Stella.

အသက်ပိုကြီးသွားလိမ့်မယ်လို့ သုံးသပ်တာပါ။

But that’s just one way of looking at things.

ဒါပေမဲ့ ဒါက အကြောင်းအရာတွေကို ကြည့် နည်းတစ်ခုပါပဲ။

Because all movement is relative,

လှုပ်ရှားမှု အာလုံးဟာ ပတ်သက်နေတာကြောင့်

Stella argues it would be just as valid to say her spaceship will stand still

Terra အပါအဝင်ကျန်တဲ့ စကြာဝဠာက သူ့ကို လှည့်ပတ်ပေမဲ့

while the rest of the universe, including Terra, moves around her.

သူ့ယာဉ်ဟာ ရပ်နေမယ်လို့ ပြောဖို့ ခိုင်လုံတယ်လို့ Stella က စောဒကတက်တယ်။

And in that case, time will pass twice as slowly for Terra,

ဒီအဖြစ်မှာ Stella ကို အဆုံးမှာတော့ ပိုအသက်ကြီးတဲ့ အမွှာ ဖြစ်စေရင်း

making Stella the older twin in the end.

အချိန်ဟာ Terra အတွက် နှစ်ဆလောက်ကို ကုန်ဆုံးမယ်။

They can’t each be older than the other, so which one of them is right?

သူတို့ဟာ တစ်ယောက်က တစ်ယောက်ထက် အသက်ပိုကြီး မရနိုင်ဘူးဆိုတော့ ဘယ်ဟာမှန်လဲ။

This apparent contradiction is known as the “Twin Paradox.”

ဒါ သိသာတဲ့ ကွဲလွဲမှုဖြစ်ခြင်းကို 'ဒွိ ဝိရောဓိ' လို့ အသိများပါတယ်။

But it’s not really a paradox–

ဒါပေမဲ့ ဒါ တကယ့် ဝိရောဓိ မဟုတ်ဘူး။

just an example of how special relativity can be easily misunderstood.

အာကာသဆိုင်ရာ နှိုင်းယှဉ်ချက်အရဖြစ်မှုကို အလွယ် နားလည်မှုလွဲနိုင်ပုံရဲ့ သာဓကတစ်ခုပါ။

To test their theories in real-time,

သူတို့သီအိုရီတွေကို တပြေးညီ စမ်းသပ်ဖို့

each of the twins agrees to send a burst of light to the other

သူတို့အတွက် တစ်နှစ်ကုန်သွားတိုင်း အမွှာတစ်ဦးစီဟာ အခြားတစ်ဦးကို

every time a year has passed for them.

အလင်းပေါက်ကွဲမှုတစ်ခု ပို့ပေးဖို့ သဘောတူကြတယ်။

Unlike other objects, the speed of light is always constant

အခြားအရာဝတ္ထုတွေနဲ့ မတူဘဲ အလင်းရဲ့ အမြန်နှုန်းဟာ အမြဲတမ်း ကိန်းသေပါ၊

regardless of an observer’s reference frame.

လေ့လာသူတွေရဲ့ အညွှန်း ဘောင် ဂရုမထားပါဘူး။

A light burst sent from Earth will be measured at the same speed

ကမ္ဘာမြေမှ ပို့တဲ့ အလင်းပေါက်ကွဲမှု တစ်ခုကို အာကာသယာဉ်မှ ပို့တဲ့

as a light burst sent from the spaceship,

တစ်ခုအတိုင်း အလားတူ အမြန်နှုန်းနဲ့တိုင်းတာမယ်။

regardless of whether it’s on its outbound or return trip.

၎င်းရဲ့ အသွား (သို့) အပြန်ခရီး လမ်းကြောင်း ဆိုတာကို ဂရုမထားပါဘူး။

So when one twin observes a burst of light,

ဒီတော့ အမြွှာတစ်ယောက် အလင်း ပေါက်ကွဲမှုကိုကြည့်တဲ့အခါ

they’re measuring how long it took the other twin to experience a year passing,

အခြားအမြွှာတစ်ယောက် တစ်နှစ်ကုန်တာကို တွေ့ကြုံဖို့ဘယ်လောက် ကြာတာအပြင် အလင်းအတွက်

plus how long it took for light to travel between them.

သူတို့နှစ်ဦးကြား သွားဖို့ ဘယ်လောက် ကြာခဲ့တာကို တိုင်းတာနေတာပါ။

We can track what’s happening on a graph.

ဂရပ်တစ်ခုမှာ ဖြစ်ပျက်နေတာကို တိုင်းတာလို့ မရနိုင်ပါဘူး။

The X axis marks distance from Earth, and the Y axis tracks the passage of time.

X ဟာ ကမ္ဘာမြေကနေ အကွာအဝေးကိုမှတ်ပြီး Y က အချိန်လမ်းကြောင်းကို ခြေရာခံတယ်။

From Terra’s perspective, her path will simply be a vertical line,

Terra ရဲ့ ရှုထောင့်ကနေဆို သူ့လမ်းကြောင်းဟာ အလျားလိုက် မျဉ်းတစ်ကြောင်းပဲ ဖြစ်မှာပါ၊

with distance equal to zero

အကွာအဝေးက သုညနဲ့ ညီမျှပြီး

and each tick on the line equivalent to a year as she perceives it.

သူ သိမြင်မိစဉ်မှာ မျဉ်းပေါ်က တစ်မတြာတိုင်းဟာ တစ်နှစ်နဲ့ ညီမျှပါတယ်။

Stella’s path will stretch from the same origin to a point 11.5 years in time

Stella ရဲ့လမ်းကြောင်းက အလားတူ မူလနေရာကနေ အချိန်ထဲက ၁၁.၅ နှစ် အမှတ်ကို ဆန့်သွားမယ်၊

and 10 light-years in distance from Terra…

Terra ဆီကနေ အလင်းနှစ် ၁၀ နှစ် အကွာ

before converging again at zero distance and 23 years’ time.

သုညမှာ ထပ် မတွေ့ဆုံမိနဲ့ ၂၃ နှစ် ကာလပါ။

At her first one-year mark,

သူ့ရဲ့ တစ်နှစ် အမှတ်အသားနောက်မှာ

Terra will send a pulse of light from Earth towards Stella’s spaceship.

Terra ဟာ ကမ္ဘာမြေကနေ Stella ရဲ့အာကာသယာဉ်ဆီ အလင်းရဲ့သွေးခုန်နှုန်းကိုပို့ပေးမယ်။

Since light takes a year to travel one light-year,

အလင်းက အလင်းနှစ်တစ်နှစ် သွားဖို့ တစ်နှစ် အချိန်ယူတာကြောင့်

its path will be a 45-degree diagonal line.

၎င်းရဲ့လမ်းကြောင်းဟာ ဖြတ်မျဉ်းရဲ့ ၄၅ ဒီဂရီ ဖြစ်လိမ့်မယ်။

And because Stella is traveling away from it,

Stella ဟာ ၎င်းကနေ ဝေးရာကို ခရီးထွက်နေတာကြောင့်

by the time the light catches up to her,

အလင်းက သူကို မီလာချိန်မှာ Terra အတွက်

over 7 total years will have passed for Terra, and over 4 for Stella.

စုစုပေါင်း ၇ နှစ်ကျော် ကုန်လွန်ခဲ့မှာ ဖြစ်ပြီး Stella အတွက်တော့ ၄ နှစ် ကျော်ပါ။

By the time Stella observes Terra’s second burst,

Stella က Terra ရဲ့ ဒုတိယ ပေါက်ကွဲမှုကို မြင်ချိန်မှာတော့

she will already be on her return journey.

သူဟာ သူ့ရဲ့အပြန်ခရီးမှာ ရှိပြီးဖြစ်မှာပါ။

But now, since she’s moving towards the source of the light,

ဒါပေမဲ့ သူဟာ အလင်းရဲ့ ရင်းမြစ်ဆီကို ရွေ့နေတာကြောင့်

it will take less time to reach her,

သူ့ဆီရောက်ဖို့ အချိန်ကြာတာ ပိုနည်းပြီး

and she’ll observe the bursts more frequently.

သူဟာ အပေါက်ကွဲမှုတွေကို မကြာခဏ မြင်တွေ့ရမှာပါ။

This means that Stella observes Terra aging slowly

ဆိုလိုတာက သူ့ရဲ့ ပထမ ခရီးတစ်ဝက်မှာ Stella ဟာ Terra

for the first half of her journey,

ဖြည်းဖြည်း အိုမင်းတာကို မြင်တာပါ၊

but aging rapidly during the return half.

ဒါပေမဲ့ အပြန် ခရီးတစ်ဝက်မှာတော့ မြန်မြန် အိုမင်းလာနေပါတယ်။

Meanwhile for Stella, it seems as though Terra, the destination star,

တစ်ချိန်တည်းမှာ Stella အတွက်ကျတော့ Terra လိုပဲ ပန်းတိုင် ကြယ်နဲ့

and the whole universe are moving around her.

စကြဝဠာတစ်ခုလုံးဟာ သူ့ဝန်းကျင်မှာ ရွေ့နေပုံရတယ်
။

And because of length contraction,

ပြီးတော့ အလျား ကျုံ့ဝင်မှုကြောင့်

Stella observes the distance between them shrinking by a factor of 2.

Stella ဟာ သူ့တို့ကြားက အကွာအဝေးဟာ ၂ ရဲ့ ကိန်းတစ်ခုကြောင့် ကျုံ့နေတာ သတိပြုမိတယ်။

This means each leg of the trip will only take about six years

ဆိုလိုတာက ခရီးတစ်ထောက်တိုင်းဟာ Stella ရဲ့ အမြင်ကနေဆိုရင်

from Stella’s perspective.

ခြောက်နှစ်ခန့်ပဲ ကြာလိမ့်မယ်။

When she sends the first signal to Earth, two years will have passed for Terra.

ကမ္ဘာမြေကို ပထမဆုံး အချက်ပြတာ သူ ပို့တဲ့အခါ Terra အတွက် နှစ်နှစ်ကုန်သွားမယ်

Stella will send four more light bursts during her outbound journey,

Stella က သူ့ရဲ့ အသွားခရီးစဉ်အတွင်း နောက်ထပ် အလင်းပေါက်ကွဲမှု လေးခုပို့မယ်၊

each one from farther away.

တစ်ခုစီဟာ ပိုပြီးဝေးသွားပါတယ်။

By the time Terra observes the first pulse from Stella's inbound journey,

Stella ရဲ့ အပြန်ခရီးစဉ်ကနေ ပထမဆုံး သွေးခုန်နှုန်းကို Terra သတိပြုမိချိန်မှာ

over 21 years will have passed for her.

သူ့အတွက် ၂၁ နှစ်ကျော် ကျော်သွားလိမ့်မယ်။

For the rest of Stella's return home,

ကျန်ရှိတဲ့ Stella ရဲ့ အိမ်ပြန်ခရီးအတွက်

Terra receives multiple light bursts each year.

Terra ဟာ အလင်းပေါက်ကွဲမှု မျိုးစုံကို နှစ်စဉ်ရလိမ့်မယ်။

Thus, Terra observes Stella aging slowly for about 90% of their 23 years apart,

ဒီနည်းနဲ့ Terra ဟာ Stella အိုလာတာကို သတိပြုမိတယ်၊၂၃ နှစ်ကြာ ကွဲကွာမှုရဲ့ ၉၀% က

and aging rapidly during the last 10%.

ဖြည်းဖြည်း အိုမင်းပြီး ကျန်တဲ့ ၁၀% က အမြန် အိုမင်းလာတာပါ။

This asymmetry accounts for why the paradox isn’t really a paradox.

ဒီအချိုးမညီမှုက ဝိရောဓိဟာ ဘာကြောင့် ဝိရောဓိမဟုတ်တာရဲ့ အကြောင်းရင်းပါ။

Although each twin witnesses time

အမြွှာတစ်ဦးစီဟာ အချိန်ကို ဖြတ်သန်းရပေမဲ့

both speeding up and slowing down for the other,

အခြားတစ်ယောက်အတွက် အရှိန်မြင့်လိုက်၊ နှေးလိုက်နဲ့ပါ။

Stella sees an even split,

Stella ဟာ အဟတစ်ခုကိုတောင် မြင်ချိန်မှာ

while Terra sees Stella aging slowly for most of the time they’re apart.

Terra က သူတို့ ကွဲကွာချိန် အများစုမှာ Stella ဖြည်းဖြည်းလေး အိုမင်းနေတာ မြင်ရတယ်။

This is consistent with each twin’s measurement of the space voyage,

ဒါဟာ ကမ္ဘာ နှစ် ၂၃ နှစ် ပေမဲ့ ယာဉ်ပေါ်မှာ ရှိတဲ့ အတွေ့အကြုံအရ ၁၁.၅ သာ ကြာတဲ့

which takes 23 Earth years, but only 11.5 as experienced aboard the ship.

အမြွှာတွေရဲ့ အာကာသ ခရီးရဲ့ အတိုင်းအတာနဲ့ တသမတ်တည်းရှိနေတယ်။

When the twins are reunited, Terra will be 43 years old, while Stella will be 31.

အမြွှာတွေ ပြန်ဆုံတဲ့အခါ Terra က ၄၃ နှစ် ရှိနေပြီး Stella က ၃၁ နှစ် ဖြစ်နေမှာပါ။

Where Stella went wrong

Stella မှားယွင်းသွားတာက

was her assumption that she and Terra had equal claim to being inertial observers.

သူနဲ့ Terra တို့မှာ အီနားရှား လေ့လာသူ ဖြစ်တာမှာ ရပိုင်ခွင့်တူတယ်လိူ့ ယူဆချက်ပါ။

To be an inertial observer, one has to maintain a constant speed and direction

အီနားရှားဆိုင်ရာ လေ့လာသူဖြစ်ဖို့ တစ်ဦးဟာ ကျန်ရှိတဲ့ စကြာဝဠာနဲ့ ဆက်စပ်တဲ့

relative to the rest of the universe.

ကိန်းသေ အမြန်နဲ့ ဦးတည်ရာကို ထိန်းထားဖို့လိုတာပါ။

Terra was at rest the entire time, so her velocity was a constant zero.

Terra က တစ်ချိန်လုံး မလှုပ်မယှက်ရှိနေတော့ သူ့အလျင်ဟာ ကိန်းသေ သုညဖြစ်ခဲ့တယ်။

But when Stella changed her direction for the return journey,

ဒါပေမဲ့ Stella က အပြန်ခရီးအတွက် 
 သူ့ဦးတည်ရာကို ပြောင်းခဲ့တော့

she entered a different reference frame from the one she’d started in.

သူ စတင် ဝင်ရောက်ခဲ့တဲ့ခဲ့ တစ်ခုကနေ မတူတဲ့ ရည်ညွှန်းဘောင်ထဲကို ဝင်သွားခဲ့တယ်။

Terra and Stella now both have a better understanding of how spacetime works.

Terra နဲ့ Stella တို့မှာ အခု အာကာသအချိန် လုပ်ဆောင်ပုံရဲ့ပိုကောင်းတဲ့နားလည်မှုရှိတယ်

And as twins who are eleven years apart in age,

အသက် ၁၁ နှစ်မှာ ကွဲကွာသွားတဲ့ အမြွှာတွေဖြစ်တာကြောင့်

they’re a perfect example of special relativity.

သူတို့ဟာ အာကာဆိုင်ရာ နှိုင်းယှဉ်မှုရဲ့ ပြီးပြည့်စုံတဲ့ နနမူနာတစ်ခုပါ။