Das Zwillingsparadoxon oder wer altert bei Reisen durchs Weltall schneller?

In der Allgemeinbildung ist angekommen, dass bei Bewegung mit annähernder Lichtgeschwindigkeit die Zeit anders läuft. Aber was heißt das und was für Effekte hat dies? Die Erklärung des Zwillingsparadoxons gibt Teilantworten.

Schon 1911 hat der französischen Physiker Paul Langevin das Zwillingsparadoxon korrekt untersucht. Erst später hat Einstein dies ebenso getan, obwohl Einstein der Entwickler der Relativitätstheorie war. Das Gedankenexperiment läuft wie folgt: Einer der beiden Zwillinge reist mit annähernder Lichtgeschwindikeit von der Erde aus zu einem fernen Planeten, dreht dann um und fliegt mit gleicher Geschwindigkeit wieder zurück. Der andere Zwilling bleibt auf der Erde zurück. Die Relativitätstheorie besagt nun, dass die Zeit in einem anderen Bezugssystem langsamer läuft, wenn es sich mit sehr hoher Geschwindigkeit bewegt. Relevant ist hier, dass es einen Beobachter gibt und ein System das beobachtet wird. Nun sieht es für den Zwilling auf der Erde so aus, als ob der andere mit fast Lichtgeschwindigkeit sich bewegen würde und ebenso sieht es für den durchs Weltraum fliegenden Zwilling so aus, als ob der Zwilling auf der Erde sich sehr schnell von ihm wegbewegen würde. Im Endeffekt würde sich bei dieser Betrachtung kein Unterschied zwischen den Zwillingen ergeben. Doch wenn der eine Zwilling auf die Erde zurückgekommen ist, ist der Erdzwilling älter. Wie  kommt es dazu?

Berücksichtigt wird oft nicht, dass es Beschleunigung und Abbremsung für den Flug geben muss. Diese wiederum sind nicht relativ. Wenn man beschleunigt (und Abbremsen ist auch eine Art Beschleunigung, nur halt entgegen der Bewegungsrichtung) dann spürt man dies aufgrund der Trägheitskraft. Diese ist natürlich nur spürbar für die beschleunigende Person. Solange mit konstanter Geschwindigkeit ohne Beschleunigung gefolgen wird, gewinnt die fliegende Person tatsächlich den Eindruck als ob die Person auf der Erde langsamer altern würde. In Momenten der Abbremsung bzw. Beschleunigung in Richtung Erde, ändert sich diese Sicht jedoch. Die Person befindet sich dann in einem anderen Geschwindigkeitsbezugsystem. Es erscheint ihr so, als ob viele Ereignisse auf der Erde gleichzeitig stattfinden würden. Vielleicht hilft es ein wenig sich eine Analogie mit Schallwellen vorzustellen. Der Eindruck akustischer Ereignisse hängt schließlich auch davon ab, wie man sich relativ zu den Schallwellen bewegt. Eine Analogie, die man allerdings nicht überstrapazieren sollte. Eine genaue Erklärung des Paradoxons würde eine genauere Betrachtung der Relativitätstheorie erfordern. Hilfreich sind auch Minkowski-Diagramme, die die relativen Bewegungen in der Raum-Zeit bildlich darstellen. Wer also näheres Interessa daran hat: einfach mal googeln…