¿Cómo será la transmisión en vivo de un viajero en el tiempo?

Considere una situación hipotética: en la que un viajero del tiempo viaja en un avión espacial a una velocidad cercana a la de la luz dando vueltas alrededor de la tierra y recibo una transmisión en vivo del interior de ese avión en mi televisor. Cómo le afectará la dilatación del tiempo y qué observaré sentado al lado de la tele viéndole en directo. Teniendo en cuenta que el tiempo corre más lento a la velocidad de la luz, ¿se verá como un video en cámara lenta? (O deje que él también vea nuestra transmisión en vivo en la Tierra, cómo le parecerá) PD: no estoy seguro de si tiene algún sentido, pero si tiene la amabilidad de explicarlo con detalles lógicos. Lo siento por el mal inglés, no soy un hablante nativo.

Hay que recordar que incluso mientras el video se graba a la velocidad normal para el astronauta, las ondas de luz de él se verán afectadas por el efecto Doppler. Esto significa que si estuviera viajando alejándose de nosotros, la señal que transmite la transmisión en vivo se estiraría, haciendo que pareciera que está en cámara lenta.
@Tweej: la relatividad no se trata de retrasos debido a la velocidad finita de la luz, porque este hecho es compatible con la mecánica clásica y puede compensarse fácilmente (el efecto Doppler cambia la frecuencia de la señal pero no la información que transporta). La relatividad se trata de la independencia de C del marco de referencia.
¿Qué esfuerzo has hecho para encontrar la respuesta a esta pregunta en otro lugar? Hay docenas de sitios web que discuten la Paradoja de los Gemelos.
Sí, pero todos explican lo que sucedería y yo pregunto cómo sucederá, cómo se verá el paso del tiempo para el observador y el viajero, qué cambios ocurren realmente como resultado de la dilatación del tiempo, cómo funciona nuestro metabolismo comience a trabajar lentamente, etc. Si todavía cree que esta es solo otra pregunta de paradoja gemela, por favor, deme el enlace que responde a estas preguntas.

Respuestas (3)

Dado que el viajero está dando vueltas alrededor de la Tierra, en realidad está acelerado. Entonces su marco de referencia no es inercial (si tomamos el del espectador como inercial). Los dos puntos de vista no son entonces equivalentes, a diferencia de los de la paradoja de los gemelos.

Si no me equivoco, se puede demostrar que el espectador "verá" que el viajero es más lento, y el viajero "verá" que el espectador es más rápido. Pongo comillas dobles porque esto no es mera apariencia: el tiempo pasa más lento para el viajero que para el espectador. Dado que permanecen cerca el uno del otro, pueden encontrarse fácilmente (el viajero solo tiene que aterrizar) para comparar sus relojes.

Si el viajero se moviera en línea recta a velocidad constante (transformada simple de Lorentz, ambas personas están en un marco inercial), ambos verían que el otro es más lento. Esto es solo una paradoja aparente, porque en tal situación no se volverán a encontrar. Si el viajero luego regresara a la Tierra, durante su giro en U vería que el observador se vuelve muy rápido, de modo que cuando se reencuentren, efectivamente habrá asimetría entre ellos, y el viajero es más joven (esto es llamada paradoja de los gemelos de Langevin).

Asumiendo que usted (el receptor de la señal) está en el centro de la tierra --- o que el radio de la órbita es lo suficientemente grande como para que podamos tratar la tierra como un punto --- la relatividad general no tiene nada que ver con eso . Todas las señales de luz de los viajeros están sujetas a la misma dilatación del tiempo gravitacional, de modo que la dilatación no tiene efecto sobre la velocidad del video transmitido. Solo existe el efecto relativístico especial que ralentiza el video por un factor. 1 v 2 .
Bien para el viajero visto por el espectador. Pero, ¿y al revés? El viajero no está en un marco inercial, ¿cómo aplicarías SR a lo que ve?
Puede integrar el intervalo de espacio-tiempo a lo largo de la ruta del viajero para ver qué muestra su reloj en cualquier evento dado en su línea temporal. También puede identificar el rayo de luz de la tierra que pasa a través de ese evento y calcular lo que mostraban los relojes terrestres en el evento cuando ese rayo de luz dejó la tierra. Haga esto para dos puntos diferentes en el viaje del viajero y podrá calcular la relación entre el tiempo transcurrido en el propio reloj del viajero y el tiempo transcurrido en el reloj de la pantalla de vídeo del viajero. Todavía no hay necesidad de GR.
¡Muchas gracias @WillO! Reescribí los primeros dos párrafos, ¿serías tan amable de revisar la nueva redacción?
Creo que lo que has escrito en tu nuevo segundo párrafo es correcto. Aquí está la clave: Alice (en la tierra) y Bob (en el barco) tienen que ponerse de acuerdo sobre lo que dice el reloj de Bob después de exactamente una rotación. Si Alice dice que una rotación tomó cinco minutos y que el reloj de Bob se movió solo cuatro minutos en ese tiempo, entonces Bob tiene que estar de acuerdo en que su reloj se movió solo cuatro minutos en ese tiempo. Entonces, si Alice envía cinco señales igualmente espaciadas durante sus cinco minutos, Bob debe recibir esas cinco señales igualmente espaciadas durante sus cuatro minutos, por lo que ve su video acelerado.
@ L.Levrel Acerca de mi respuesta: me disculpo, mi error. De hecho, lo escribí para otra pregunta, physics.stackexchange.com/questions/252155/… , que se cerró como duplicado de este mientras escribía. Como ese mencionó el LHC, asumí un observador posicionado como detector, cerca de la "pista". Luego me olvidé de comprobar la configuración de éste. Estoy eliminando la respuesta como irrelevante.
@WillO Deje que el alcance del transmisor de Alice sea mayor que el radio en el que Bob está dando vueltas que no importa qué tan rápido esté viajando, el receptor de Bob captará la señal tan pronto como Alice la transmita. Ahora, si deja que Alice (en la tierra) transmita la señal cada minuto durante los cinco minutos, Bob la recibirá al mismo tiempo que se transmite (un retraso muy leve) ya que siempre está dentro del alcance de Alice. Entonces, efectivamente, cinco minutos para Alice (en la tierra) deberían ser cinco minutos para Bob (en el barco). ¿Cómo puede ser esto posible? ¿Nuestra definición de tiempo es incorrecta o mi suposición para esta situación?
@user115303: No entiendo tu pregunta. Alice dice que Bob tarda cinco minutos en completar una rotación, tiempo durante el cual emite cinco señales y el reloj de Bob hace tictac x veces. Bob dice que tarda x minutos en completar una rotación, tiempo durante el cual recibe cinco señales y su reloj marca x veces. ¿Por qué es esto un problema?

Estoy agregando esta respuesta para responder a su último comentario de seguimiento sobre la respuesta de L.Levrel.

Punto uno: Alice y Bob tienen que ponerse de acuerdo sobre cuántas veces el reloj de Alice hace tictac por rotación, y tienen que ponerse de acuerdo sobre cuántas veces el reloj de Bob hace tictac por rotación. Por lo tanto, si Alicia dice que el reloj de Bob está atrasado, Bob debe decir que el reloj de Alicia está adelantado, y viceversa.

Punto dos: Alice es una observadora inercial. Bob está en movimiento con respecto a Alice, por lo que Alice debe decir que el reloj de Bob está atrasado. Entre esto y el punto uno, podemos concluir que Bob debe concluir que el reloj de Alice corre rápido, es decir, ve el video que ella transmite acelerado.

Punto tres: en un instante dado, Alice está en movimiento con respecto a Bob, lo que hace que Bob diga que su reloj se atrasa. Parece que le preocupa que esto contradiga el punto dos. Pero también es cierto que en un instante dado, Bob está acelerando hacia Alice, lo que hace que vea que su reloj se adelanta en ese instante, y esto contrarresta con creces el efecto de la dilatación del tiempo que ya hemos reconocido.

Para ver el efecto de la aceleración de Bob (que de hecho está dirigida hacia Alice, ya que él la está orbitando), dibuje un diagrama de espacio-tiempo en el que la línea de tiempo de Alice sea vertical, y la de Bob, inicialmente inclinada hacia Alice (de modo que se esté moviendo hacia ella), incline un poco más en la misma dirección. Luego, su línea de simultaneidad también se inclina, para llegar a la línea de tiempo de Alice en un momento posterior en el reloj de Alice. Es decir, la aceleración de Bob le hace ver el reloj de Alice avanzar.

Entonces: la velocidad de Bob con respecto a Alice (que, por supuesto, piensa en la velocidad de Alice con respecto a Bob) le hace decir que el reloj de ella va lento, pero al mismo tiempo su aceleración le hace decir que el reloj de ella va rápido. Si calcula cuidadosamente los dos efectos (sobre un incremento de tiempo infinitesimal dado) y los suma, debería obtener exactamente el factor de aceleración prometido en el punto dos. Confieso que no he hecho este cálculo, pero debe ser fácil y estoy seguro de cómo saldría.

No creo que sea un problema que el satélite esté acelerando. Sin embargo, localmente el tiempo correrá más lento.

Si la cámara se dirige hacia un reloj, verá que funciona más lentamente.

Si la cámara web se dirige hacia el exterior, verá la velocidad normal de los acontecimientos, por ejemplo, le mostrará el mismo número de rondas que ha visto al mirar el vehículo. Solo que tendría que ser una cámara muy rápida, de lo contrario verías menos fotogramas por segundo.

Y probablemente tendría que ser una cámara web mágica, ya que la conexión habitual a una WLAN probablemente no funcionaría. Pero no estoy seguro acerca de los detalles de ingeniería. (Bueno, estoy seguro de que se rompería por la aceleración, así que tiene que ser mágico de todos modos)

Bueno, y además, verías el mundo distorsionado, todo desplazado hacia adelante, y más brillante allí y menos brillante hacia atrás. Al igual que las imágenes que encuentra en Internet, por ejemplo, aquí