Relatividad (física): ¿Por qué la velocidad afecta el tiempo?

Answer 1

¡Déjame intentar una respuesta más accesible que en realidad se basa en la historia detrás del “momento aha” de Einstein!

Pero primero una breve respuesta:

no puede probar la teoría de la relatividad (relatividad del tiempo) “lógicamente”, pero puede hacer la siguiente mejor opción y demostrar que es menos rara que cualquier otra explicación de las observaciones diarias si elige conservar el concepto de invarianza de marco de referencia inercial de Newton.

Listo? Aquí va. Einstein está en un autobús que pasa una torre de reloj. Su reloj se detuvo, así que quiere establecer la hora del reloj en la torre. En ese momento se da cuenta de que esto es imposible de hacer (precisamente, por supuesto, se puede hacer una aproximación). ¿La razón? En cada tic del reloj de la torre, el autobús se aleja, por lo que la luz que le da a Einstein una vista de la torre demora más y más en llegar a Albert con cada tic del reloj. Esto significa que el reloj parece más lento para Albert de lo que realmente es.

Hasta aquí todo bien, pero aquí está el problema. Supongamos que el amigo de Albert, Sam, está en un autobús que va a una velocidad diferente. Luego, Albert y Sam tendrán tiempos diferentes al ajustar sus relojes a la torre. Entonces, ¿quién es correcto? ¿La Torre del reloj? Pero también se está moviendo junto con la tierra. Hmmmmm …… ..

Por supuesto, el retraso en el tiempo es bien conocido y se entiende en la propagación de la onda, como sonar o en el aire, donde se puede revertir el retraso. El problema con la luz es que no necesita un medio para pasar, así que no hay un medio para “mostrar” dónde está el marco de referencia estable. Algunos físicos creyeron que un campo de “éter” “mágico” era la respuesta, pero Michaelson y Morley lo refutaron experimentalmente.
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Entonces, o bien:
1 hay un “momento correcto en algún lugar del universo y todos los demás están” equivocados “o
La hora 2 es relativa, como lo es la velocidad de la luz, realmente relativa. Cuando Einstein ajusta su reloj, ¡en realidad es la hora correcta, no la hora de error realmente cambió! Tenga en cuenta que la dilatación del tiempo no es igual a la velocidad de reloj aparente, es mucho más sutil que eso, pero aún así la motivación para concluir que el tiempo es relativo se muestra aquí de forma correcta y completa.

Si 1 es verdadero, entonces la idea de Newton de que cualquier marco de referencia con velocidad constante será válido e igualmente válido es un marco de referencia falso y algunos marcos de referencia son místicamente “especiales” y absolutos

Si 2 es cierto, el universo es más extraño de lo que nadie haya imaginado, pero los marcos de referencia siguen siendo válidos.

Einstein no pudo soportar 1, ni francamente puedo. Por lo tanto, el artículo 2 es la mejor opción.

Para citar a un sabio “cuando se presenta un conjunto de opciones inverosímiles exhaustivas, lo más plausible debe ser aceptado como extraño”.

Nota: Reiterar que la dilatación del tiempo en la relatividad NO es el retraso que estamos discutiendo aquí, no significa engañar. Es el retardo de tiempo (leer Doppler) en ausencia de medio que se muestra.

Answer 2

¿Por qué la velocidad afecta el tiempo?

Primero vamos a llegar a una definición adecuada para el tiempo. ¿Que es el tiempo?

En el lenguaje más simple puede llamarse simplemente cambio . Cuando la posición de la manecilla del reloj cambia de la posición uno a dos, decimos que ha pasado un segundo o ha pasado un minuto o ha pasado una hora. Medimos los cambios que están ocurriendo a nuestro alrededor comparándolos con los cambios que ha sufrido nuestro reloj. Cuando alguien dice algo como “las comidas estarán listas en 5 minutos”, significa que las comidas estarán listas para comer cuando el minutero haya cambiado de posición cinco veces.

Ahora, hemos establecido una definición de tiempo, avancemos para ver cómo la velocidad afecta el cambio de un sistema (tiempo).

Durante siglos, nuestras mentes han sido programadas para asumir la velocidad de la luz como infinita, y todas nuestras experiencias mundanas del día a día no cambiaron nuestra intuición, ya que la mayoría de nuestras actividades son a una velocidad muy baja en comparación con la velocidad de luz (casi 3 * 10 ^ 8 m / s).

Es esta intuición la que nos llevó a realizar una transformación coordinada como esta.

Esto se denomina transformación coordinada galileana para un marco de referencia que se mueve a lo largo del eje x positivo.

Ahora, esta es la transformación coordinada propuesta para el mismo marco de referencia en la relatividad especial.

Esto se llama como transformación de Lorentz.

Si simplemente sustituye el valor de c como infinito en la transformación anterior, recuperará la antigua transformación de Galileo.

Pero, ¿por qué tener en cuenta el hecho de que la luz tiene una velocidad definida ha llevado a una nueva transformación coordinada? Como hemos asumido que el tiempo es solo un cambio, para que un sistema cambie su estado de uno a otro, tiene que verse afectado por algo. Debe haber una causa. El efecto de la causa no llegará al sistema de forma instantánea. La velocidad máxima a la cual el efecto de una causa puede alcanzar un sistema y provocar un cambio en el sistema es la velocidad de la luz .

Consideremos un reloj hipotético que llamamos un reloj ligero. Este reloj es una caja con un láser y un detector a un lado y un espejo reflector absoluto colocado enfrente. En este reloj, la causa que provoca un cambio en el estado del sistema y produce un tic en el reloj es un pulso de luz. Este pulso de luz es producido por el láser, se refleja en el espejo y regresa al detector. Cuando el detector detecta un pulso de luz, el reloj marca una vez.

Hagamos que el reloj se mueva a lo largo de la dirección perpendicular a la trayectoria seguida por el pulso de luz.

Como puede ver, el haz de luz tendrá que seguir un camino más largo para llegar al detector, solo después de lo cual el reloj marcará una vez. El haz de luz viajará a la misma velocidad pero viajará una distancia más larga que antes para alcanzar el detector. Es por eso que una marca en el reloj en movimiento ocurre más tarde en comparación con una marca en un reloj en punto muerto.

Este fenómeno está asociado no solo con los relojes de luz hipotéticos y tampoco de ninguna manera especial solo para los casos que involucran rayos de luz.

Mientras discutimos algo sobre la relatividad especial, seguimos hablando sobre los haces de luz, como si la relatividad especial fuera una teoría sobre la luz. Es solo por ejemplo, en realidad tenemos átomos que están hechos de electrones y protones, que son atraídos por la fuerza eléctrica, esta fuerza eléctrica viaja a la velocidad c. Retire cualquier sistema de la realidad, será comparable al reloj hipotético que hemos analizado anteriormente y sufrirá los mismos efectos que el reloj hipotético que experimenta cuando se mueve en relación con nosotros.

Entonces, de alguna manera, la SR tiene que ver con la velocidad de causalidad (c).

Answer 3

Primero, renuncie a la idea de que el tiempo es una cosa ahí fuera. El tiempo es solo relativo, y es una comparación de lo rápido que se mueven las cosas. Este reloj marca más rápido que ese, etc.

En segundo lugar, imagine que todo está hecho de campos electromagnéticos (EM). Esto es muy, muy cierto. Ciertamente, los átomos y las moléculas son en su mayoría tales campos. Estos campos se mueven a la velocidad de la luz.

Tercero, tenga en cuenta que si un objeto se está moviendo rápidamente con relación a usted, debido a la constancia de la velocidad de la luz (en su marco de referencia, olvídese del marco de referencia de cualquier otra persona), los campos EM de ese objeto pasan una buena parte de su presupuesto de velocidad fija en el movimiento relativo.

Todo lo que quede para los movimientos de marcación, y así sucesivamente, se reduce, de modo que el movimiento total de la velocidad del objeto más la marcación sigue siendo exactamente igual a la velocidad de la luz. Así que el tictac tiene que disminuir.

Esta es una llamada explicación constructiva. Einstein admitió que eran superiores, pero no ofrecieron uno porque la teoría de la materia aún no estaba desarrollada, y no sabíamos que todo estaba hecho de campos (campos cuánticos, en realidad). Ahora que sabemos, probablemente se deba cambiar la explicación ortodoxa para la comprensión. Pero los físicos se han apegado a los tediosos argumentos de principio. Lo que la mayoría de la gente no entiende o acepta.

Answer 4

Tenga en cuenta que la velocidad se mide como la distancia recorrida dividida por el tiempo empleado.

La distancia recorrida por un objeto, no es absoluta, sino que depende del observador. Si el objeto es estacionario en relación con el observador, entonces la velocidad es cero. Si el observador se está moviendo con relación al objeto, entonces se medirá al objeto para que tenga una velocidad distinta de cero. Este es el principio de la relatividad galileana. Tenga en cuenta que tanto la posición como la velocidad son relativas al observador en esta imagen, pero el tiempo es absoluto. Esto forma nuestra imagen intuitiva de cómo se comportan las cosas y explica por qué sentimos que estamos sentados en un avión que vuela a 10 km por encima de la Tierra, o en un automóvil o tren bala.

Una vez más, velocidad = distancia medida / intervalo de tiempo medido. Podemos reorganizar esto para dar, tiempo medido = distancia / velocidad medida. Observe que si la distancia medida y la velocidad son ambas cantidades relativas, su relación puede ser absoluta si se cancela el factor de relatividad. Así, en la relatividad galileana, podemos tener un tiempo absoluto.

Ahora considere cómo funcionan las cosas si tenemos una velocidad absoluta , [math] c [/ math], que es la velocidad de vacío de la luz.

Ya sabemos que la distancia medida es una cantidad relativa. ¡No podemos tener una cantidad absoluta equiparada a una cantidad relativa! Por lo tanto, la única forma en que la velocidad de la luz puede ser una cantidad absoluta es si la medición del intervalo de tiempo también es relativa, de modo que la relación entre la distancia medida y el tiempo tomado sea absoluta (independiente del observador).

En resumen, es debido a que la velocidad de vacío de la luz es una cantidad absoluta (independiente del marco de referencia inercial), que la medición del tiempo en sí misma debe ser relativa a la velocidad del observador.

Answer 5

Para responder a esta pregunta necesitamos retroceder un poco en el tiempo . (juego de palabras no destinado).

No mucha gente sabe que HGWells, el escritor británico (1866-1946) había previsto la “cuarta dimensión” veinte años antes de que Einstein publicara la Teoría de la Relatividad Especial. En su libro de ciencia ficción – LA MÁQUINA DEL TIEMPO – afirma claramente que “un cuerpo real debe tener una extensión en cuatro dimensiones: longitud, anchura, grosor y – DURACIÓN”. Fue alrededor de este período que el ex profesor de matemáticas de Einstein (en Zurich Politécnico), Herman Minkowski (1864-1909) se interesó en el trabajo de Einstein sobre la relatividad. Comprendió que se puede dar una buena explicación de la relatividad si el “tiempo” se consideraba como una “cuarta dimensión”, tal como lo había sugerido HGWells.

En lugar de existir una sola realidad “ahora” o “presente”, como Newton había propuesto, todo el tiempo y el espacio se consideraban como un bloque, como la ESPACIA. En un discurso , anunció: “Los puntos de vista del espacio y el tiempo que deseo exponer ante ustedes han surgido del suelo de la física experimental, y ahí radica su fuerza. Son radicales. De aquí en adelante, el espacio en sí mismo y el tiempo en sí mismo, están condenados a desaparecer en meras sombras, y solo un tipo de unión de los dos conservará una realidad independiente “.

Ahora que hemos visto cómo surgió el “espacio-tiempo”, echemos un vistazo a “movimiento” y sus propiedades.

El movimiento es el proceso de algo que se mueve o cambia de lugar, o posición. Más precisamente, el cambio de posición de un objeto con respecto al tiempo: el movimiento se describe típicamente en términos de desplazamiento, distancia, velocidad, aceleración, velocidad y tiempo. El movimiento de un objeto es en el espacio-tiempo, lo que significa que se está moviendo en el espacio y en el tiempo. Las teorías de la relatividad de Einstein nos dicen que el espacio, dondequiera que se encuentre y el tiempo, los segundos que marcan su reloj, son parte de una sola entidad física, el continuo de la hora del espacio. SpaceTime tiene cuatro dimensiones, que corresponden aproximadamente a este-oeste, norte-sur, arriba-abajo y futuro pasado. Podemos movernos de este a oeste, de norte a sur, y subir y bajar. Mientras nos movemos en cualquier dirección, siempre nos estamos moviendo desde el pasado hacia el futuro, es por eso que básicamente el espacio y el tiempo están vinculados, ¡no podemos movernos a través del espacio sin movernos en el tiempo! Por otro lado, si estamos sentados quietos en un lugar, sin movernos en el espacio, seguimos moviéndonos en el tiempo, a la velocidad de la luz. Por supuesto, no sentimos nada porque el “tiempo” no es tangible.

Los intervalos de tiempo solo miden el orden numérico del cambio material en el espacio donde el espacio es una entidad fundamental y medible; Pero el tiempo no es una entidad física fundamental. Nunca podemos realmente “medir” el tiempo. Lo que está disponible para nosotros es el movimiento de un objeto y el tic tac de un reloj, y comparamos el movimiento del objeto con el tic tac de un reloj para medir la frecuencia, velocidad, etc. del objeto. Por sí mismo, el tiempo solo tiene una función matemática. Valor, y sin existencia física primaria.

QUE ES EL TIEMPO

Cuando nos movemos en el espacio, también nos movemos en el tiempo, y la velocidad total es la velocidad de la luz. Como se indicó anteriormente, incluso si no nos estamos “moviendo” con referencia a los objetos que nos rodean, es decir, “en reposo”, nos estamos moviendo en el tiempo a la velocidad de la luz. En consecuencia, cuando nos movemos en el espacio, nuestro movimiento en el tiempo se ralentiza hasta ese punto. En nuestros desplazamientos diarios, incluso cuando viajamos en un avión, el efecto no es perceptible. Solo si podemos movernos a velocidades relativistas, o la velocidad que se aproxima a la velocidad de la luz, el tiempo disminuye, y la velocidad total en el espacio + en el tiempo se mantiene a la velocidad de la luz. Esto se conoce como DILACIÓN DEL TIEMPO . De acuerdo con la Relatividad, no podemos alcanzar la velocidad de la luz ni sobrepasarla, pero teóricamente podemos alcanzar incluso hasta el 99.99% de la velocidad de la luz y esto es cuando la dilatación del tiempo es severa. La dilatación del tiempo es una diferencia del tiempo transcurrido entre dos eventos, según lo miden los observadores que se mueven uno con respecto al otro. También hay una “Dilatación del tiempo gravitacional” que se produce cuando los observadores se sitúan de manera diferente respecto de una masa o masas gravitacionales.

Si un objeto se está moviendo en el espacio al 99% de la velocidad de la luz, por cada día que pasa en el espacio, 7 años habrían transcurrido en la Tierra. Hay una práctica “calculadora de dilatación del tiempo” que le gustaría probar.

No hace falta mencionar que si un objeto se mueve a la velocidad de la luz, el objeto ya no se mueve en el tiempo; en otras palabras, el tiempo se detiene por completo.

Answer 6

La lógica básica es que las personas con velocidades relativas entre ellos tienen diferentes ideas de simultaneidad. Los eventos que son simultáneos para uno no pueden ser simultáneos para la otra persona en movimiento, pueden estar separados por un intervalo de tiempo para la otra persona.

¿Cuál es la definición de simultaneidad?
Einstein definió la simultaneidad de la siguiente manera: Imagine a 3 tipos que están en reposo uno respecto al otro separados por distancias fijas entre sí en una línea recta. El tipo medio les dice a los dos tipos de esquina que enciendan sus linternas en un momento determinado en sus relojes pre-sincronizados. Si los chicos del medio ven las dos linternas al mismo tiempo, entonces él concluirá que los 2 chicos de la esquina giraron sus linternas en el mismo instante en el tiempo, es decir, son simultáneos.

Ahora que se llega al efecto de la velocidad relativa en la simultaneidad, puede comprenderlo con la ayuda de un famoso experimento mental, el experimento del tren y la plataforma:
De: Relatividad de la simultaneidad.

Una imagen popular para comprender esta idea es proporcionada por un experimento mental que consiste en un observador a mitad de camino dentro de un traincar de velocidad y otro observador parado en una plataforma a medida que el tren avanza.
Se emite un destello de luz en el centro del traincar justo cuando los dos observadores se cruzan. El observador a bordo del tren ve el frente y la parte posterior del traincar a distancias fijas de la fuente de luz y, como tal, según este observador, la luz alcanzará la parte delantera y trasera del traincar al mismo tiempo.
El observador parado en la plataforma, por otro lado, ve la parte trasera del traincar moviéndose (alcanzando) hacia el punto en el que se emitió el flash y la parte frontal del traincar alejándose de ella. Como la velocidad de la luz es finita y la misma en todas las direcciones para todos los observadores , la luz que se dirige a la parte trasera del tren tendrá menos distancia que cubrir que la luz que se dirige hacia el frente. Así, los destellos de luz golpearán los extremos del traincar en diferentes momentos.

Por lo tanto, está claro que los observadores relativamente conmovedores atribuyen diferentes intervalos de tiempo entre el mismo par de eventos, ya que la simultaneidad es relativa. Así es como la velocidad afecta la noción de tiempo.

Answer 7

Wow, estas respuestas son como REALMENTE LARGAS. Frente a ellos, creo que mi comprensión podría ser nada más que algo prematuro.

Bueno, a mi entender, lo que estás preguntando es que si alguien va en una nave espacial o lo que sea más rápido (por supuesto, una cantidad enorme) de lo que somos nosotros como observadores. Que para nosotros, si pasa 10 segundos recorriendo una cierta distancia. Para él / ella (en la nave espacial) siente solo 5 segundos más o menos (Bueno, al menos menos de 10 segundos). Ahora por qué es esto. Aquí es por qué (Basado en mi entendimiento)

Todos los fenómenos, todos los principios de la física incluyen la luz (energía, ondas electromagnéticas) como referencia absoluta. O en palabras básicas, si algo sucede, tiene que interactuar con LIGHT de alguna manera, así que si suponemos

• La Persona en la nave espacial está avanzando, por lo que en cada momento que pasa. La luz tiene que cubrir más distancias y, por lo tanto, el observador recibe los mensajes (Vía la luz como medio absoluto) lentamente, por lo que el observador piensa que el tipo de la nave espacial tardó 10 segundos en cubrir la distancia.
• Sin embargo, la persona en la nave espacial tiene luz que lo alcanza en la nave espacial (o su punto de vista) como si estuviera estacionaria, por lo que piensa que son los mismos 5 segundos.

Simple, el observador (relativamente estacionario) piensa que el hombre de la nave espacial está moviendo su mano en cámara lenta (porque la luz reflejada de sus manos toma más tiempo para alcanzarla). Por otro lado, los chicos de la nave espacial ven que su mano se mueve naturalmente.

Bueno, no creo que lo haga pero espero que ayude

Answer 8

Es cierto, pero no casi intuitivo, que la velocidad de la luz es una constante, independientemente del observador. Esto lleva a la contracción de Lorentz .
Ver: contracción de longitud.
Como consecuencia de este hecho del universo, el tiempo se ralentiza a medida que aumenta la velocidad. Esto se conoce como dilatación del tiempo.
Ver: dilatación del tiempo.

El mejor entendimiento intuitivo que puedo obtener de esto es imaginarme a mí mismo montando en el borde delantero de un haz de luz emitido desde una linterna apuntando hacia el cielo. Cuando miras la tierra que retrocede (casi) a la velocidad de la luz, las imágenes te alcanzan muy lentamente. Esta es la dilatación del tiempo.

Answer 9

No afecta el tiempo, solo afecta la forma en que viajas en el tiempo.

Véalo de esta manera: nos movemos constantemente a la velocidad de la luz en el espacio-tiempo (esto no es una analogía, es completamente cierto cuando se usa la definición relativista de velocidad llamada cuatro velocidades).

Sin embargo, cuando espacialmente todavía nos movemos en la dimensión de tiempo solamente. Si aceleramos en cualquiera de las otras direcciones (x, y, z) tenemos que reducir la velocidad en la dimensión del tiempo para que nuestra velocidad total permanezca como c.

Es tan simple como eso.

Answer 10

La clave a tener en cuenta, aquí, es que la velocidad es algo que sucede en otros lugares. Si está sentado en un automóvil, ve que el mundo pasa a su lado en la otra dirección. Sabemos que la Tierra gira y que orbita alrededor del Sol, pero estamos sentados sobre ella y no nos movemos.

Entonces, cuando hablamos de alta velocidad y su efecto en el tiempo, lo que realmente estamos hablando es cómo cambiaría nuestra perspectiva si cambiásemos nuestra idea de “estar quietos” a algo que actualmente percibimos como “extremadamente rápido”.

También podrías preguntar por qué las personas se vuelven más altas cuando se acercan.

Se trata de cómo percibimos las cosas.

Answer 11

La teoría de la relatividad especial de Einstein se basa en que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Así que suponga que está en un tren que se está moviendo casi a la velocidad de la luz. Entonces, si empiezas a caminar en la dirección del movimiento del tren, deberías cruzar la velocidad de la luz. Pero algo sucede que te impide cruzar la velocidad de la luz. El tiempo casi se detiene para usted, lo que le impide cruzar la velocidad de la luz.

Answer 12

Debido a que el tiempo es relativo, depende del marco de referencia del observador, que mide el tiempo.