Puedo entender por qué, si la velocidad de la luz es invariable, un reloj de fotones funcionaría más lento. Encuentro esta explicación muy útil en términos de introducir la idea de la dilatación del tiempo (también porque permite que la fórmula de Lorentz se derive intuitivamente, solo usando el Teorema de Pitágora).
Pero este enfoque tiene un concepto importante que falta. Un estudiante podría decir; Bien, entiendo por qué el reloj de fotones funcionaría más lento, pero ¿por qué es una propiedad intrínseca del tiempo mismo? ¿Por qué no es esto un efecto de la mecánica de este reloj específico? ¿Cómo son un reloj de péndulo, un reloj atómico, ritmos circadianos, un reloj químico, etc... todos equivalentes al reloj de fotones? Por qué la desaceleración del tictac del reloj de fotones es una prueba de la naturaleza misma de todos los relojes y del tiempo mismo y no solo una prueba de la naturaleza de este reloj en particular (más aún si consideramos que la explicación se basa en el mecanismo específico de este reloj para trabajar)?
Por ejemplo, algunos estudiantes pueden razonar; un reloj de péndulo se desaceleraría en la superficie lunar, ya que la gravedad es menor y, por lo tanto, el péndulo tendría un período más largo, pero no llegamos a la conclusión inmediata de que el tiempo mismo se desacelera en la Luna con respecto a la Tierra ( de hecho, irónicamente, en la relatividad general es al revés), solo que las características técnicas de este reloj en particular hacen que esto suceda porque hemos alterado su funcionalidad al alterar el entorno físico donde opera. Lo mismo podría decirse de un reloj de resorte sumergido en agua, por ejemplo. Pero si no pensamos que la gravedad de la Luna retrasa el tiempo con respecto a la de la Tierra solo porque el reloj de péndulo funciona más lento, o que el agua retrasa el tiempo solo porque el reloj de primavera funciona más lento,
Invoque el principio de la relatividad.
Un observador inercial lleva un reloj de luz y un reloj de pulsera mecánico, que coinciden cuando todos están en reposo. Si no concuerdan cuando el observador inercial se mueve [con una velocidad constante distinta de cero] que lleva estos relojes, entonces ese observador puede distinguir entre estar en reposo y viajar con una velocidad constante distinta de cero.
ACTUALIZACIÓN:
P: ¿Qué hace que el reloj de fotones sea especial entre todos los demás relojes?
R: Simplicidad.
Es más fácil de formular, analizar e interpretar que otros relojes.
Si el principio de la relatividad se mantiene, debe resultar que eventualmente se puede analizar cualquier reloj y obtener el mismo resultado que el reloj de luz; probablemente se requiera mucho más análisis e interpretación [del dispositivo, los alrededores y el interacciones].
¿Por qué el reloj de fotones es equivalente a todos los relojes?
Estipule que, en algún marco de referencia inercial, hay un reloj de fotones y algún reloj mecánico que están ubicados y en reposo en este marco.
Estipular además que, en este marco, los relojes funcionan a la misma velocidad, es decir, ambos relojes 'marcan' simultáneamente .
Ahora, debido a que los dos relojes están ubicados en el mismo lugar, todos los observadores inerciales en movimiento relativo a los relojes están de acuerdo en que los tictacs son simultáneos. Cualquiera que sea la dilatación del tiempo observada por los observadores inerciales que se mueven relativamente, afecta a ambos relojes de manera idéntica.
Según mi comprensión actual del tema, el reloj de luz no es una prueba de la dilatación del tiempo, sino simplemente una pista que lo señala. Tienes toda la razón al afirmar que el reloj de luz no es una prueba. De hecho, no hay ninguna prueba de la transformación de Lorentz en absoluto. Las transformaciones de Lorentz no están demostradas, se postulan las transformaciones de Lorentz . Estas transformaciones son nuestra mejor suposición de cómo funciona el tiempo y el espacio en ausencia de gravedad y aceleración. Claro que podemos ver que nuestros experimentos, mentales o físicos, están de acuerdo con ellos, pero esto no es una prueba, es un razonamiento por inducción en el mejor de los casos.
Este tipo de experimentos mentales, como el reloj de luz, nos ayudan a adivinar la forma correcta de la transformación, pero no hay forma de probarlos. Este es un tema recurrente en la física.
Un reloj mecánico está hecho de engranajes y resortes que transfieren fuerzas a las manecillas del reloj a lo largo de caminos complicados. Pero si miras muy de cerca, todos esos engranajes y resortes están hechos de protones y electrones, unidos por fuerzas electromagnéticas y se empujan entre sí intercambiando fotones, al igual que en el modelo de reloj de fotones simplificado.
En mi respuesta aquí , puede reemplazar el reloj de fotones horizontal con un reloj atómico, un reloj de péndulo o el reloj de su elección.
El reloj de fotones "en movimiento" está en un marco de referencia que tiene (en principio) un conjunto de relojes sincronizados distribuidos a lo largo del eje de movimiento relativo al marco "estacionario". Entonces, cualquier cosa que se deduzca sobre el reloj de fotones debe aplicarse a los otros relojes en ese marco a medida que están sincronizados. El hecho de que algún otro observador esté midiendo su reloj no afecta en modo alguno a su reloj ni a su sincronización con respecto a todos los demás relojes.
Usted está preguntando "¿Por qué la desaceleración del tictac del reloj de fotones es una prueba de la naturaleza misma de todos los relojes y el tiempo mismo y no solo una prueba de la naturaleza de este reloj en particular (más aún si consideramos que la explicación se basa en el mecanismo específico de este reloj para que funcione)?"
Ahora es porque el reloj fotónico es el reloj fundamental, es como la "partícula elemental" de los relojes. Usaré aquí la explicación teórica del reloj de fotones donde siempre hay vacío entre los espejos, es decir, el fotón siempre rebota en el vacío.
Esto se debe a que el reloj de fotones solo (sin tener en cuenta la masa de los espejos) utiliza un elemento subyacente fundamental del universo en el que vivimos, que es la luz (onda EM) y la velocidad de la luz. Todos los demás relojes son más complejos de explicar, sí, incluso el reloj atómico.
La velocidad de la luz es c siempre, cuando se mide localmente en el vacío. Además, todos los observadores inerciales estarán de acuerdo en esta velocidad, independientemente de su movimiento relativo.
Está diciendo que, en el caso de otros relojes, "¿por qué no es un efecto de la mecánica de este reloj específico?" y "solo que las características técnicas de este reloj en particular hacen que esto suceda porque hemos alterado su funcionalidad al alterar el entorno físico en el que opera", ahora este es el punto crucial de su pregunta.
No se puede alterar la funcionalidad del reloj de fotones debido a su simplicidad, su fundamentalidad, su elementalidad y porque utiliza un solo ingrediente, la velocidad de un solo fotón rebotando entre dos espejos (donde ignoramos la masa de los espejos).
Su posición inicial no es precisa. La relatividad depende de un axioma.
De ello se deduce inmediatamente que todos los relojes miden exactamente la misma unidad de tiempo (con la precisión del mecanismo del reloj). Corren exactamente a un segundo por segundo. La dilatación del tiempo no afecta la velocidad a la que un reloj mide el tiempo. Es un efecto aparente , debido a la forma en que un observador ve un reloj en movimiento. Puede comparar esto con la longitud observada de una varilla sostenida en ángulo con respecto a la línea de visión del observador. El observador no ve la verdadera longitud.
Desafortunadamente, al principio de la relatividad, Einstein pensó que las propiedades observadas (longitud y tiempo) deberían considerarse como propiedades físicas. Más tarde, cambió esto e introdujo el principio general que aclara que las propiedades físicas de un objeto son medidas por un observador que se mueve con el objeto. Aún más lamentablemente, más de 100 años después, las cuentas populares y de baja calificación no se han puesto al día.
Es un error común pensar que la dilatación del tiempo es un efecto que impide la acción de los relojes como resultado de su movimiento, lo que lleva a la gente a preguntarse cómo es que los diferentes tipos de relojes se ven afectados de la misma manera.
La dilatación del tiempo se refiere al hecho de que el intervalo de tiempo entre dos eventos en un marco puede ser menor que el intervalo de tiempo entre los mismos dos eventos en otro. Lo que varía es el intervalo de tiempo real, no el comportamiento de los relojes. Si el intervalo de tiempo es 4s en un cuadro y 3s en otro, significa que el intervalo en el segundo cuadro es en realidad un segundo menos, y cualquier reloj exacto lo medirá como tal.
Si lanzas una luz que se detecta un tiempo después en tu marco, y estoy pasando, en mi marco la luz habrá viajado una distancia diferente que en el tuyo, así que si la velocidad de la luz es la misma para ambos, por lo tanto, debemos estar en desacuerdo sobre la duración del viaje de la luz, es decir, el intervalo de tiempo entre el destello y la detección varía según el cuadro, y cualquier tipo de reloj lo medirá.
Es porque todos los relojes son derivados del reloj de fotones. En otras palabras, todos los relojes funcionales podrían reducirse a un reloj de fotones, pero no necesariamente al revés (en la práctica, en realidad nunca). Todo se deriva de la teoría general de la relatividad de Albertet Einensten y del hecho de que los fotones son las moléculas mediadoras de las interacciones electromagnéticas.
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