¿Alguien puede explicar conceptualmente la dilatación del tiempo?

¿Alguien puede explicar intuitivamente cómo ocurre físicamente la dilatación del tiempo?

Por favor, no explique sobre la velocidad invariable de la luz y el trasfondo matemático, estoy familiarizado con eso. ¡¡¡Simplemente no puedo imaginar cómo está ocurriendo físicamente este proceso de dilatación del tiempo, y no puedo entender cómo distorsionar mi mente para entenderlo!!!

Perdón por esta pregunta, probablemente suene como "¿Por qué hay cargas positivas y negativas?", ¡pero tengo que preguntar!

Lo que podría aclarar la pregunta es la equivalente: cómo puede ser que los dos observadores en movimiento no estén de acuerdo en la simultaneidad de los hechos y uno ve al otro en cámara lenta pero también sabe que el otro lo ve en cámara lenta. Cómo imaginar la razón de esta dilatación del tiempo, probablemente algo similar a las bandas del espacio que conducen a la contracción de las longitudes pero por el tiempo. Habría sido más claro si la diferencia de tiempo fuera asimétrica y si el observador A me ve en cámara lenta, entonces debería verlo en cámara más rápida, así que estoy de acuerdo en que mi tiempo se ha retrasado y él también está de acuerdo, pero esto no es así. el caso.

¿Qué quieres decir con cómo sucede físicamente ?
Quiero decir, qué en el mundo está haciendo esta diferencia de tiempo simétrica, por ejemplo, la contracción de la longitud podría deberse a la distorsión del espacio y, por lo que sé qué es el espacio (no es que realmente lo sepa), puedo imaginar ese fenómeno, pero no y ¡el tiempo!
O se deben a que viajan a velocidades muy grandes y a la percepción de eventos en el espacio-tiempo.
Hay un gran libro (realmente) corto que explica la relatividad, por lo tanto, la diferencia en el tiempo. Es Landau y Romer ¿Qué es la relatividad? libro.
¿Por qué hay cargas positivas y negativas? No tengo ni idea
Si preguntamos por qué, también podríamos preguntar mucho más "¿por qué?" @JohnCarpenter
Podría ser instructivo preguntar "cómo/por qué" acerca de sus suposiciones previas a la relatividad. ¿CÓMO/POR QUÉ todos los relojes marcarían la misma velocidad independientemente de su movimiento relativo? La única razón que parece obvia es porque es una buena aproximación de cómo funcionan los relojes a las velocidades extremadamente limitadas que encuentras en tu vida diaria.
@LarryGritz Si considero el tiempo no como un reloj, sino como una medida de la duración de un proceso, mi mente me dice que hay dos opciones: 1) todos los procesos en el mundo fluyen a la misma velocidad, independientemente del marco de referencia porque un proceso debe ser consecuencia de la interacción de partículas cuya interacción es independiente del marco de referencia;
@LarryGritz O 2) si la tasa de flujo de los procesos depende de los movimientos relativos, entonces los dos observadores en diferentes marcos de referencia deberían estar de acuerdo en qué proceso se retrasa; de lo contrario, ¡no puedo imaginarlos compartiendo la misma realidad (no pueden sincronizarse)!
@LarryGritz Estoy completamente de acuerdo con la relatividad, pero no puedo imaginar lo que realmente está sucediendo a altas velocidades, y el truco con la cuarta dimensión es completamente claro, pero desde el punto de vista matemático desde el punto de vista físico, no puedo imaginar a los dos observadores colocados en uno y el mismo mundo con esta diferencia de tiempo simétrica, creo que hay algo más que simplemente satisfactorio con "el tiempo es la cuarta dimensión".

Respuestas (5)

Un resultado de la relatividad especial es que la magnitud de todos los vectores de 4 velocidades tu → es la velocidad de la luz. Escrito con la firma (-,+,+,+):

tu → ⋅ tu → = − C 2

Una forma de pensar en esto es que todo siempre se mueve a la velocidad de la luz en alguna dirección.

Cuando me quedo quieto, muevo la velocidad de la luz en la dirección del tiempo. Mi reloj avanza lo más rápido posible. Cuando miro a otros observadores en otros marcos móviles, todos sus relojes avanzan más lentamente que el mío.

Imagina a alguien moviéndose cerca de la velocidad de la luz. Su reloj apenas parece avanzar en relación con el mío.

Si empiezo a correr, mi vector de 4 velocidades sigue siendo la velocidad de la luz larga. Ahora tiene un componente distinto de cero que apunta en la dirección del espacio para dar cuenta de mi movimiento. Eso significa que el componente de tiempo de mi velocidad 4 debe haberse reducido. Mi reloj no avanza tan rápido como antes, en relación con todos los demás, que se quedan parados.

Aunque esto es un poco engañoso. Moverse rápido en la dirección del espacio significa que cubre una gran distancia cada vez que su reloj hace tictac; moverse rápido en la dirección del tiempo significa que pasa mucho tiempo cada vez que su reloj hace tictac. Es decir, si se está 'moviendo rápidamente en el tiempo', su reloj parece ir más lento, no más rápido. Esto es exactamente lo contrario de cómo lo has descrito.
Este error se 'cancela' con el hecho de que la firma tiene un signo menos para que el resultado parezca correcto, pero el razonamiento en realidad no tiene sentido.
@knzhou ¿Esta oración no se contradice a sí misma: "Es decir, si se está 'moviendo rápidamente en el tiempo', su reloj parece ir más lento, no más rápido"? 'Moviéndose rápidamente a través del tiempo' significa 'aumentar las coordenadas de tiempo más que las coordenadas de espacio, en relación con otro cuerpo que se mueve de una manera diferente'. Aumentar una coordenada de tiempo sería análogo a experimentar el tictac de un reloj. No moverse a través del tiempo sería no experimentar ningún tictac del reloj.
Lo siento, déjame aclarar: deja X y t ser su posición y tiempo medidos por otra persona, y τ ser el tiempo que mides. Moverse rápido significa Δ X / Δ τ es grande. Moverse rápido a través del tiempo significa Δ t / Δ τ es grande, lo que significa que por cada tic del reloj que miden, experimentas menos de uno.
O, piénselo de esta manera: digamos que quiere pasar al siglo 25 realmente rápido, es decir, rápido desde su perspectiva. Puedes hacer esto saltando en un cohete rápido. Otras personas te verán envejecer más lentamente.
"El reloj de un fotón no avanza en absoluto. Todos los eventos en la vida de un fotón ocurren simultáneamente desde su punto de vista". - (1) no hay "reloj de un fotón" ya que no hay reloj en reposo con respecto a un fotón. (2) no hay punto de vista de un fotón; no hay marco de referencia inercial en el que un fotón esté en reposo. Muchas, muchas respuestas y comentarios en este sitio han señalado este punto y, en mi opinión, es preocupante que esta respuesta sea altamente votada y aceptada.
@AlfredCenauri Me gusta extender mis analogías... tal vez demasiado. He eliminado la referencia al "reloj de fotones". Sí, no hay reloj ni marco de reposo del fotón, pero limitar el comportamiento me ayuda a conceptualizar las cosas. Supongo que necesito recordar mis descargos de responsabilidad.
Al leer estos comentarios, es posible que esta explicación no coincida con la física al 100%, pero esta es, con mucho, la mejor explicación que he leído para explicar por qué la velocidad y el tiempo podrían estar correlacionados de esta manera.
@ j6m8 También tiene problemas con las matemáticas y la terminología. Por ejemplo, una 4 velocidades tiene componentes y todas las palabras 4 velocidades y componentes ya tienen significados matemáticos establecidos. Y con esos significados, es incorrecto decir que el componente de tiempo se reduce, el componente de tiempo es en realidad más grande por un período C vector con componentes espaciales adicionales. La parte en la que moverse en línea recta da la mayor cantidad de tics de reloj es correcta, pero el resto es un abuso de terminología. Y probablemente también conducirá a preguntas de tipo paradoja gemela. Una explicación que luego lleva a paradojas es, en el mejor de los casos, una tirita.
@ j6m8 Me encantan las explicaciones intuitivas, pero esta no es solo "ligeramente incorrecta", ¡sino que da el efecto opuesto al real! Sonará bien a primera vista, pero será muy confuso después de pensarlo más.
Esto no es realmente intuitivo. Supongo que "Si empiezo a correr" en realidad significa "Una vez que estoy corriendo", ya que la explicación de seguimiento se ocupa del movimiento uniforme resultante, no de la aceleración. Entonces, el problema es que el vector desplazado solo se desplaza desde la perspectiva del otro (dándose cuenta de que su perspectiva es un trabajo mental duro), mientras que desde mi propia perspectiva, los demás se están moviendo y su tiempo corre más lento. ¿Y qué pasa con la contracción de su longitud?
Su explicación no tiene tiempo propio, es decir, el tiempo en el que la suya y la de otros observadores es igual. En su explicación, debe tener 1) tiempo adecuado: el mismo tiempo en el que todos los relojes son iguales, 2) cuando su reloj marca más rápido y 3) cuando su reloj marca más lento que otros observadores. Esa explicación tiene las dos últimas y no explica la 1ra. ¿Qué sucederá si todos los observadores se quedan quietos, incluyéndote a ti? Dudo que el cuatro vector se convierta en cero.

Los relojes no miden el tiempo y las cintas métricas no miden la distancia. Ambos miden la métrica a lo largo de una curva. Al igual que una cinta métrica depende del camino, también lo hace un reloj.

Tome el espacio-tiempo 4d, mire la trayectoria del reloj en 4d y observe que en algunos de los eventos, hace tictac. Así que en un momento el reloj hace tictac. Y qué tan lejos en el camino debe ir el reloj antes de que vuelva a marcar es 100% la pregunta completa.

Y se basa en dos cosas. A qué profundidad se encuentra un pozo de gravedad y qué parte de la curva hay entre los dos eventos, el punto de inicio y el punto final de la curva en 4d.

Ahora las curvas son más largas cuando van en línea recta, así es como la geometría dicta las longitudes en una geometría lorentziana. Entonces, puede dividir la curva en partes y reemplazar cada pequeña parte con una línea recta y ha sobreestimado la longitud (en geometría euclidiana estaría subestimando la longitud). Así que ahora solo necesitas la longitud de cada pieza. Obtienes eso de la métrica. ¿Por qué? Puedes imaginar que hay algo de tiempo real y los relojes son malos y simplemente no marcan de esa manera. En cambio, marcan según una métrica. La métrica literalmente les dice cómo marcar. Marcan porque miden la métrica en lugar de medir el tiempo.

Puedes imaginar que el reloj tiene que ir por un camino 4D y que el espacio y el tiempo fluyen a través de él, ya que termina en diferentes eventos. Y para cada bit, calcula la métrica de ese bit y mantiene un total acumulado y cuando llega a un cierto total marca.

Todo lo que tienes que hacer es aceptar que los relojes miden literalmente d s = gramo i j d X i d X j para cada pieza pequeña y súmela a un total acumulado y luego marque cuando ese total acumulado cruce el total acumulado cortado.

Y todo lo demás también. Cuando se supone que algo sucederá a cierta velocidad en lugar de esperar una cierta cantidad de tiempo, recorre una curva en el espacio-tiempo 4d, calcule gramo i j d X i d X j a lo largo de la curva y en lugar de hacerlo y por una unidad de tiempo, lo hace y por cada unidad de tiempo gramo i j d X i d X j .

Quizás deberías aclarar en qué sentido las líneas rectas son las más largas. De lo contrario, esto es confuso.

Creo que podría ser más instructivo para ti mostrarte lo que está pasando. Si trabaja con el siguiente ejemplo, obtendrá una comprensión decente del fenómeno. Considere un reloj de luz a bordo de un barco que se mueve a una velocidad v relativa a un observador. El reloj de luz funciona haciendo rebotar la luz verticalmente entre dos espejos separados por un segundo luz. Dado el postulado en el que se basa todo el relativo especial "la velocidad de la luz es la misma en todos los marcos de inercia" se puede calcular que el observador estacionario ve la luz en el reloj para viajar una distancia mayor que el que se mueve con el reloj . Por lo tanto, debido a que la velocidad de la luz tiene que ser la misma en ambos marcos de referencia, el tiempo debe ser más lento en el marco en movimiento. es decir

distancia = velocidad x tiempo

la distancia es menor en el marco móvil, la velocidad es la misma, por lo que debe haber pasado menos tiempo. Por lo tanto, el tiempo se mueve más lento en el marco móvil, de ahí la dialización del tiempo. Si hace las matemáticas para el ejemplo, podrá derivar una ecuación para él.

Entiendo que la razón es la velocidad invariable de la luz y la derivación matemática es bastante clara para mí tanto para la dilatación del tiempo como para la contracción de la longitud. Pero mi confusión está principalmente en el proceso de dilatación del tiempo. La contracción de la longitud se debe a la flexión del espacio, algo que imagino como doblar una hoja de papel que reduce las longitudes para un observador fuera de la superficie curva. Pero cómo se dobla el tiempo es lo que no puedo imaginar.
@Pekov Imagine la cuarta dimensión euclidiana. Imagine que el espacio tridimensional se curva a través de la cuarta dimensión euclidiana, que es el tiempo. Ahora imagina el 5to. Imagine que el espacio-tiempo 4d se curva a través de la 5ta dimensión. Ahora imagina que en lugar de dimensiones euclidianas, son lorentzianas . Así es como podrías visualizarlo. Pero personalmente creo que las fórmulas son más fáciles.
@wizzwizz4 Ok, ¿podría dar un ejemplo pero para criaturas 2D donde el tiempo es su tercera dimensión y así sucesivamente?
@Pekov Ok ... Solo tenga en cuenta que, aunque creo que entiendo esto, podría estar completamente equivocado. La curvatura del espacio-tiempo sería similar a la de colocar un objeto 2d en una hoja de goma infinita. La luz viaja en línea recta sobre la hoja, pero es curvada por la curvatura de la hoja de goma. La velocidad es algo así como logarítmica; el impulso no tiene límite, pero cuanto más impulso relativo tengas, más lentamente te acercarás a la velocidad de la luz en relación con otro objeto.
@Pekov Oh, espera... Ese no es el tiempo como una tercera dimensión... La hoja es el llamado "tejido del espacio-tiempo".
Si busca el concepto de rapidez, notará que las transformaciones de Lorentz se parecen sospechosamente a las rotaciones del espacio-tiempo atan(iv/c) 4D. Aunque no creo que nadie esté proponiendo que sea un mecanismo físico subyacente.

Olvida todo lo que sabes sobre la relatividad por un momento. Suponga que existe algún marco absoluto de referencia en el universo. Que las partículas subatómicas y las ondas de las que estamos hechos están hechas de piezas en un tablero de ajedrez en 3D.

Las cosas que se mantienen "absolutamente" siguen estando en los mismos cuadrados (bueno, cubos). Las cosas que se mueven saltarán de casilla en casilla a lo largo del tablero de ajedrez.

Esto plantea la pregunta: ¿la luz viaja a una velocidad constante en relación con el tablero de ajedrez (como lo hace el sonido, en relación con el aire en el que viaja), o en relación con la fuente que la generó (algo así como partículas expulsadas)?

Se puede demostrar fácilmente que esto último es falso al medir el tiempo que tarda la luz en llegar a usted dada una fuente de luz en movimiento. ¿Qué pasa con el primero? Bueno, en una nave espacial de movimiento rápido, esperaría que la luz viajara mucho más rápido hacia la parte trasera de la nave que hacia el frente. Pero este no es el caso. No importa qué tan rápido viaje, la luz parece moverse a la misma velocidad sin importar quién la cree o en qué dirección se envíe.

¿Cómo puede ser esto? La mayoría de la gente cree que no existe un "tablero de ajedrez 3D" y que es simplemente una ley física que la velocidad de la luz en todas las direcciones sea la misma para todos los observadores. Personalmente, creo que el "tablero de ajedrez 3D" existe de alguna forma (algo que admite curvatura), pero no podemos observar ninguna diferencia en la velocidad de la luz, porque nuestros relojes y reglas están implícitamente calibrados por la misma velocidad de ¡luz! Es como tratar de medir la inflación viendo cuántos billetes de $ 10 se necesitan para comprar un billete de $ 50.

Presentaré una imagen demasiado simplificada de la dilatación del tiempo para aclarar mi punto. Los procesos físicos que hacen funcionar un reloj dependen de la velocidad de la luz. Si la luz viajara más despacio, el reloj también marcaría más despacio, ¡así que sería indetectable! En realidad la realidad es más complicada, porque la luz no sería uniformemente más lenta sino más lenta en ciertas direcciones y más rápida en otras, por lo que se distorsionan las longitudes en varias direcciones, así como el tiempo que tardan las señales en llegar a un observador. Pero todo se cancela al final, lo que significa que el observador no puede observar su propia velocidad en relación con el "tablero de ajedrez 3D".

Si sigue este camino, es muy importante distinguir entre la distancia y el tiempo medidos por nosotros, y la "distancia absoluta" y el "tiempo absoluto" medidos contra el marco de referencia absoluto. Las ecuaciones de la Relatividad tratan con la distancia y el tiempo medidos por nosotros. La "distancia absoluta" y el "tiempo absoluto" son cosas que no podemos medir y para las que no tenemos unidades.

Tal vez no haya un marco de referencia absoluto (no conozco ninguna evidencia que lo respalde). Pero aun así, creo que es un trampolín útil para familiarizarse con la Relatividad de Einstein.

Pekov: Sin entrar en matemáticas (que puede que sepas más que yo), esta es una pregunta tan fundamental como "cómo la masa curva el espacio/tiempo". Porque el efecto sale de esa curva.

Una forma es que puede aceptar la curvatura y luego confiar en las matemáticas.

Todavía no se conoce un mecanismo físicamente descriptible de "cómo se produce realmente la curvatura". Entonces, no tenemos suerte aquí.

Sin embargo, la forma en que me calmo es de esta manera: cualquier objeto en movimiento siente algún tipo de estrés debido a la velocidad a través del espacio. Este estrés puede surgir del hecho de que la naturaleza (el objeto, sus campos, el espacio que lo rodea, etc.), tiene que conocer la posición cambiada del objeto en cada momento mientras se mueve. Para hacer eso, la naturaleza tiene que hacer continuamente algunos cálculos pesados. Debido a este estrés, todos los eventos en el sistema en movimiento se ralentizan un poco dependiendo de qué tan rápido se mueva.

No puedo hacerlo mejor que esto: una respuesta filosófica para una pregunta filosófica.

¡Sabemos exactamente cómo se produce la curvatura! Puedes escribir la evolución de una estrella a partir de una bola de gas y observar cómo se desarrolla la curvatura con el tiempo.
Timeo: Creo que lo que se describe es su análisis cuantitativo. El mecanismo físico real no está definido según mi información. Que puedas verlo desarrollarse no significa que sepamos lo que realmente está pasando entre la masa y el espacio. ¿Sabemos cuál actúa primero? es decir, "La masa le dice al espacio cómo curvarse" primero, o "el espacio le dice a la masa cómo moverse" primero. Quiero decir, ¿dónde reside la causa más fundamental? Cuando empujamos un coche, sabemos que la causa fundamental (iniciadora de la acción) reside en nuestros músculos, manos, sus electrones... Si no empujamos, el coche no se mueve.
Si la masa actúa primero, ¿por qué / cómo la masa curva el espacio, cuál es esa propiedad de la masa? No estoy cuestionando las matemáticas en absoluto. Pero cuando comenzamos a buscar tales respuestas, resulta que la gravedad se define en términos de gravedad. Creo que es por eso que los verdaderos científicos no investigan este tipo de preguntas y continúan con la teoría matemática y los experimentos. Cuando comenzamos a preguntar por qué/cómo funcionan las fuerzas fundamentales, las preguntas se vuelven filosóficas hasta cierto punto.
Respetuosamente no estoy de acuerdo con que sea una mera descripción cuantitativa. Y tampoco estoy de acuerdo con que la materia le diga al espacio cómo curvarse. La Ecuación de Einstein dicta el mecanismo físico por el que evoluciona la curvatura del espacio-tiempo, al igual que la Ecuación de Maxwell da el mecanismo físico por el que evolucionan los campos electromagnéticos. Estos no son diferentes a los casos más antiguos en los que Newton dictó cómo cambia el impulso a través de la segunda ley. Tienes una cosa, cambia por un método físico, estableces ese método. Está de acuerdo con las observaciones.
Creo que estás disputando las matemáticas porque es un problema de Cauchy. Por ejemplo, Maxwell, cuando se escribe como cuatro ecuaciones, tiene dos ecuaciones de restricción de Scakar, que básicamente resultan ser satisfechas por las condiciones iniciales. Y tiene dos ecuaciones vectoriales que literalmente te dicen cómo evolucionan los campos.
El interrogador ha mencionado específicamente no dar el trasfondo matemático. Eso me dice que no está buscando una explicación/descripción en términos de las ecuaciones de Einstein o Maxwell.
No respondí el OP en términos de Einstein o Maxwell, eso fue para ti cuando finges que hay un falso misterio. Newton tenía un misterio con la acción a distancia. Einstein y Maxwell no. En cuanto al OP y las matemáticas. Nos pedían que evitemos repetir matemáticas sin sentido (como velocidades invariantes) para explicar qué hacen los relojes. Y los relojes miden la métrica a lo largo de una curva en un espacio-tiempo lorentziano. Al igual que las cintas métricas en el espacio euclidiano. Parece afirmar lo contrario cuando afirma que la física no tiene respuestas.
Las ecuaciones nunca le dicen a nadie cómo sucede algo. Sólo dan el aspecto cuantitativo. Bueno, te estoy pidiendo que respondas la misma pregunta y la estás respondiendo en términos de estas ecuaciones.
Un ejemplo muy simple: 2 + 3 = 5. Esta ecuación significa que juntas 2 y 3 de cualquier cosa, obtendrás 5 de esa cosa. ¿No dice nada sobre cómo se juntan? 2 entra en tres, o tres entra en 2, por qué se juntan, quién los junta, etc. Porque todas esas cosas no son parte de la ecuación. Todas las ecuaciones son cuantitativas.
El OP pidió explicar la dilatación del tiempo físicamente. La dilatación del tiempo no es algo físico. Los relojes miden métricas a lo largo de curvas. Al igual que las cintas métricas. No hiciste la misma pregunta. Afirmaste la falta de un mecanismo físico de cómo se produce la curvatura. Pero eso no es cierto. La métrica es una cosa (reglas y relojes la miden de hecho). Y sabemos cómo evoluciona. Y sabemos lo que físicamente lo hace evolucionar.
2+3=5 no significa lo que dices. Y su implicación de que 2+3=5 y 3+2=5 son la misma ecuación es simplemente desconcertante. Las ecuaciones de evolución son diferentes, son parte de decir qué es algo. Cuando tienes una ontología tienes que decir la evolución como parte de decir lo que es. Hay una métrica, por lo que necesitamos que Einstein la evolucione. Hay un campo electromagnético, por lo que necesitamos que Maxwell lo evolucione.
La dilatación del tiempo ocurre incluso en un espacio-tiempo perfectamente plano aplicando solo la relatividad especial. No tiene nada que ver con la curvatura del espacio-tiempo.
@Timaeus Si la dilatación del tiempo no es algo físico, ¿por qué existe? En este sentido, puedo crear mi propia transformación de coordenadas entre marcos de referencia (no lineales, por ejemplo) y seguro que no sería algo físico, ¡pero no diría que existe!
¿Alguien puede explicar conceptualmente la dilatación del tiempo?
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