¿Qué es el tiempo, fluye y, de ser así, qué define su dirección?

¿Qué entienden los físicos por tiempo?

Comenzaremos con la pregunta fácil de qué entienden los físicos por tiempo .

Tenga en cuenta que es fácil confundirse entre los conceptos de tiempo y el flujo del tiempo . Cuando los no físicos hablan del tiempo, por lo general se refieren al flujo del tiempo, es decir, al hecho de que en la experiencia humana el tiempo fluye inexorablemente hacia adelante (un segundo por segundo). Continuaremos con esto, pero por ahora ignoraremos la pregunta de por qué fluye el tiempo y solo abordaremos qué significa el tiempo para un físico.

Si desea ubicar alguna posición en el espacio, un método es configurar algunos ejes, por ejemplo$x$,$y$y$z$ejes, y luego puede identificar de manera única cualquier punto en el espacio por sus coordenadas$(x, y, z)$.

Para distinguir entre eventos que suceden en el mismo punto en el espacio pero en diferentes momentos, necesitamos especificar cuándo sucedió un evento y dónde sucedió, por lo que agregamos una coordenada de tiempo$t$. Luego, los eventos se pueden ubicar de manera única por sus coordenadas de espacio-tiempo .$(t, x, y, z)$. Para un físico, el tiempo es solo una coordenada utilizada para especificar eventos en el espacio-tiempo. En la figura 1 anterior tenemos un$x$eje que se extiende desde$-\infty$a$\infty$, a$y$eje que se extiende desde$-\infty$a$\infty$y un$z$eje que se extiende desde$-\infty$a$\infty$. A estos, un físico añade un$t$eje que se extiende desde$-\infty$a$\infty$, y eso es lo que es el tiempo, solo una coordenada.

Pero la experiencia cotidiana nos dice que el tiempo es especial, ciertamente diferente del espacio, entonces, ¿qué justifica la opinión del físico de que el tiempo es solo una coordenada? Para comprender esto, comience con el tiempo en el mundo cotidiano tal como lo describe la mecánica newtoniana.

Supongamos que establezco un sistema de coordenadas conmigo mismo en el origen,$x$hacia el este,$y$al norte y$z$hacia arriba Por el tiempo usaré mi reloj de pulsera. Y supongamos que haces lo mismo, pero digamos que estás en un país diferente al mío. Nuestros dos conjuntos de coordenadas no coincidirán, porque nuestros ejes este, norte y arriba apuntan en direcciones diferentes.

O supongamos que te estás moviendo en relación conmigo. Incluso ignorando la curvatura de la superficie de la Tierra, nuestras coordenadas no coincidirán porque su origen se mueve constantemente en relación con mi origen; lo que me parece estacionario se mueve en sus coordenadas y viceversa .

Entonces, las coordenadas espaciales dependen del observador. Sin embargo, el tiempo es absoluto. Suponiendo que ambos usemos el tiempo medio de Greenwich (o algún otro estándar similar), ambos siempre estaremos de acuerdo en el tiempo, sin importar dónde nos encontremos en la Tierra o cómo nos movamos el uno con respecto al otro. En la mecánica newtoniana el tiempo es especial por este motivo, por lo que tiene sentido considerarlo por separado del espacio.

Sin embargo, desde 1905 sabemos que para describir correctamente el mundo que nos rodea tenemos que utilizar la relatividad especial, y en la relatividad el tiempo no es el mismo para todos los observadores. Volvamos a la mecánica newtoniana ordinaria por un momento y supongamos que te estás moviendo en relación conmigo a lo largo de la$x$eje a cierta velocidad$v$. Si dibujamos mi tiempo$t$y posición$x$hachas y tu$t’$y$x’$ejes que se verían como:

Nuestros dos ejes de tiempo apuntan en la misma dirección, por lo que ambos estamos de acuerdo en lo que significa definir un eje de tiempo. Pero ahora suponga que se está moviendo a una velocidad relativista$v$y dibuja el mismo diagrama.

Cuando incluimos la relatividad especial, nuestros ejes ya no apuntan en la misma dirección. Si dibujo mi eje de tiempo hacia arriba, entonces, en relación conmigo, su eje de tiempo gira un ángulo$\theta$dada por:

Así que su dirección del tiempo es una mezcla de mis direcciones de tiempo y espacio . Vería exactamente lo mismo: si dibuja su eje de tiempo hacia arriba, verá mi eje de tiempo rotado por$-\theta$. En efecto, tenemos diferentes definiciones de tiempo y, de hecho, es por eso que obtenemos la dilatación del tiempo en la relatividad.

El punto de todo esto es que en la relatividad el tiempo no está definido de manera única. Cuando consideramos las coordenadas utilizadas por diferentes observadores, encontramos que el tiempo y el espacio se confunden entre sí. El tiempo ya no es distinto del espacio, y es por eso que los físicos lo tratan como solo una de las cuatro coordenadas que juntas forman el espacio-tiempo de cuatro dimensiones.

¿Cómo fluye el tiempo?

La sección anterior explicó lo que los físicos entienden por tiempo, pero no mencionó el tiempo que fluye. Esto se debe a que, en relatividad, el tiempo no fluye; más precisamente, el flujo del tiempo no existe como concepto.

Esto va a requerir alguna explicación, así que déjame intentarlo usando un ejemplo simple. Supongamos que te lanzo una pelota y la atrapas. La experiencia cotidiana nos dice que el tiempo fluye hacia adelante y, mientras lo hace, la pelota sube de mi mano y luego cae en tu mano. Si graficamos la altura de la pelota,$h$, Contra el tiempo,$t$, obtendremos algo como:

En la física newtoniana esto tiene una interpretación simple y agradable: el tiempo fluye hacia adelante y la altura es una función del tiempo. Podemos escribir la altura como$h(t)$. Pero ahora permítanme dibujar un gráfico diferente. Graficaré la altura de la pelota,$h$, contra la distancia,$d$, la pelota viaja horizontalmente a medida que se mueve de mí hacia ti:

Esto se parece mucho al gráfico anterior y, de hecho, puedo escribir la altura de la pelota en función de la distancia horizontal recorrida,$h(d)$. Pero no diríamos esa distancia$d$fluye hacia adelante y la altura cambia a medida que lo hace, porque, bueno, el tiempo es diferente de la distancia. Los dos gráficos son solo vistas diferentes de un gráfico de cuatro dimensiones que muestra la trayectoria de la pelota en el espacio-tiempo (solo dibujaré tres dimensiones porque no puedo hacer gráficos 4D ):

En la sección anterior, hice todo lo posible para explicar que el tiempo es solo una coordenada, como las coordenadas espaciales, por lo que este gráfico no muestra el tiempo fluyendo más de lo que fluyen la distancia o la altura. La trayectoria de la pelota es solo una línea en 4D.

En relatividad, llamamos a los gráficos como las líneas del mundo anteriores , donde la línea del mundo es solo el conjunto de todos los puntos del espacio-tiempo.$(t, x, y, z)$que ocupa la pelota durante su trayectoria. Esta línea del mundo es un objeto fijo en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones, no cambia con el tiempo. Todo lo que cambia es la posición de la pelota en la línea mundial. Por eso decimos que el tiempo no fluye. El tiempo es solo una de las cuatro dimensiones que ocupa la línea del mundo.

De hecho, cualquier propiedad física, la presión de un gas, la fuerza de un campo gravitatorio, o lo que sea, puede escribirse como una función en las cuatro dimensiones del espacio-tiempo,$F(t, x, y, z)$. Escrito así el objeto geométrico$F$existe en todo el espacio y en todo el tiempo; no es algo que evolucione en el tiempo más de lo que es algo que evoluciona en el espacio. En principio podríamos tener alguna función que representara todo el universo,$\mathcal{F}(t, x, y, z)$, y esto existiría para todos los valores de$t$,$x$,$y$y$z$. Esta idea (o una variedad de ideas similares) se llama el universo en bloque : la idea de que todo el universo existe simultáneamente y el tiempo no fluye.

En este punto, debo señalar que muchos físicos, y supongo que la gran mayoría de los que no son físicos, dirían que esto es solo una artimaña matemática y que no tiene sentido decir que el tiempo no fluye. No voy a hacer ningún comentario, excepto para decir que esto nos lleva muy bien a la última de nuestras preguntas.

¿Por qué hay una flecha del tiempo?

Por muy convincente que sea matemáticamente la idea de un universo en bloque, el hecho es que nuestra experiencia cotidiana nos dice que:

1. el tiempo fluye

2. fluye en una dirección: hacia adelante y nunca hacia atrás

Entonces, ¿cómo reconciliamos esto con la idea de un universo de bloques? Muchos físicos han pensado mucho en esto, y hay muchos puntos de vista diferentes. Sin embargo, existe un cierto consenso de que está relacionado con la entropía . De hecho, esto está resumido en la segunda ley de la termodinámica, que, en términos generales, establece que para cualquier sistema aislado, la entropía solo aumenta.

Considere algún mecanismo. No nos preocuparemos exactamente de qué se trata, por ejemplo, podría ser algo mecánico, una nube de gas interestelar o un cerebro humano. Cuando hablamos de tiempo que fluye hacia adelante, queremos decir que el estado de la máquina cambia en una dirección específica, por ejemplo, un reloj avanza, y la segunda ley de la termodinámica nos dice que cambia en la dirección de entropía creciente.

Suponiendo que el cerebro humano es solo un mecanismo, cambia en la dirección de aumentar la entropía como cualquier otro mecanismo. Pero si la conciencia es el resultado del cambio del cerebro, se sigue que cualquier ser consciente observará cambios en los mecanismos en la dirección del aumento de la entropía. Esto no es tanto una ley física como una correlación. Dado que nuestros cerebros cambian en la misma dirección (de entropía creciente) que todo lo demás, eso significa que necesariamente observarán que todo cambia en la misma dirección. A esta dirección la llamamos tiempo creciente.

Si se me permite una opinión personal, diría que todo esto parece un poco trillado, demasiado bueno para ser verdad, y parece una explicación sospechosamente simple para algo tan complicado como el universo. Sin embargo, no tengo una sugerencia mejor que hacer. De hecho, no creo que nadie tenga una sugerencia mejor, o al menos ninguna lo suficientemente mejor para convencer a una gran parte de la comunidad física.

¿Que es el tiempo?

Como decía Einstein, el tiempo es lo que miden los relojes . Y si echas un vistazo a lo que realmente hace un reloj, si abres un reloj y echas un frío vistazo científico a la evidencia empírica, verás engranajes girando o un cristal oscilando. Verá que el reloj presenta algún tipo de movimiento cíclico regular junto con algo como engranajes o un dispositivo de conteo, y brinda algún tipo de visualización acumulativa de lo que llamamos "el tiempo". Sin embargo, todo lo que realmente sucedió es que los engranajes, etc. se movieron , y la mano grande se moviójunto con la manita. Una vez que aprecias esto, la relatividad especial se simplifica, particularmente cuando piensas en la naturaleza ondulatoria de la materia. La tasa máxima de movimiento es la velocidad de la luz, por lo que el movimiento macroscópico a través del espacio da como resultado necesariamente una reducción en la tasa de movimiento local. Vea la simple inferencia de la dilatación del tiempo en Wikipedia.

¿Fluye?

No, no lo hace. El agua fluye. Puedes verlo fluir. Pero cuando tratas de ver el tiempo fluir , todo lo que puedes ver son engranajes girando o un cristal oscilando. La noción de que el tiempo fluye es solo una forma de hablar, una abstracción. La luz se mueve, los planetas se mueven, la sangre se mueve, las señales electroquímicas se mueven, los engranajes se mueven. Todo se mueve, y puedes ver este movimiento. Pero no puedes ver el tiempo fluyendo. Porque no lo hace. Un reloj no es un medidor de gas cósmico que mide el flujo del tiempo. Abra un medidor de gas y encontrará gas fluyendo a través de él. Abre un reloj y no encuentras el tiempo fluyendo a través de él.

y si es así, ¿qué define su dirección?

No hay dirección de tiempo. Eso también es una abstracción. ¿Puedes señalar en esta dirección? No. ¿Puedes moverte en esta dirección de tiempo? No. Debido a que el tiempo es solo una medida acumulativa de movimiento, no puede moverse a través de una medida de movimiento y no hay dirección que pueda tomar.

¿Qué entienden los físicos por tiempo?

La mayoría de los físicos quieren decir lo mismo que cualquier otra persona. Pero algunos te dirán que es una coordenada, que es otra cosa abstracta, en lugar de algo asociado con el movimiento o el cambio.

Muy bien, déjame probarlo a mí también:

• ¿Qué entienden los físicos por tiempo? Permítanme comenzar con una cita de Hermann Weyl:

El mundo simplemente es , no sucede . Sólo a la mirada de mi conciencia, arrastrándose a lo largo de la línea de vida de mi cuerpo, una parte de este mundo cobra vida como una imagen fugaz en el espacio que cambia continuamente en el tiempo.

Cuando escribe "El mundo simplemente es ", obviamente no está usando is en el sentido de "existir en el tiempo". El tiempo (como se indica en la cita) llega a existir por medio de nuestra conciencia (que divide el mundo en un pasado y un futuro, pero que en realidad "están" ahí) que "se arrastra" a lo largo de la línea vital de nuestro cuerpo. Una analogía sería un organillo junto con un rollo de música de papel puntuado. Somos el organillo (la conciencia) y nos movemos a lo largo del rollo (el mundo que simplemente es), produciendo así la música que ya está presente en su totalidad en el rollo. Esto es también lo que pensó Einstein:

Para nosotros, que somos físicos convencidos, la distinción entre pasado, presente y futuro no tiene otro significado que el de una ilusión, aunque tenaz.

Creo que esta es la forma en que la mayoría de los físicos piensan sobre el tiempo (la llegada a la existencia, por medio de nuestra conciencia del movimiento de un mundo que simplemente es; el pasado, el presente y el futuro coexisten). Pero con certeza, hay algunos (o muchos, no investigué) que piensan que el tiempo sí existe objetivamente.

Porque del mismo modo, podemos decir que es el mundo el que cambia continuamente y no a priori "simplemente es". Nuestra conciencia percibe este mundo en constante cambio como un mundo en el que hay tiempo . O, en la analogía del organillo, no nos estamos moviendo a lo largo del rollo de música sino que el rollo de música se despliega ante nosotros (sin que toda la música ya esté ahí).

El tiempo estaría entonces constituido por las configuraciones en constante cambio de todas las partículas elementales. Creo que se puede decir que el tiempo es entonces un fenómeno que emerge del comportamiento colectivo de partículas verdaderamente elementales para las que el tiempo no existe. ¿Cómo puede existir el tiempo para una partícula verdaderamente elemental si siempre permanece igual? En otras palabras, ¿cómo puede envejecer? El envejecimiento, un buen ejemplo del tiempo, surge del comportamiento colectivo de las partículas elementales.

• ¿Cómo fluye el tiempo? No puedo responder a esto porque el tiempo no puede fluir. Que es, creo, lo que piensan la mayoría de los físicos. Las partículas elementales en movimiento de las que emerge el tiempo obviamente pueden fluir. A través del espacio, con el que el tiempo forma un espaciotiempo absoluto. Subjetivamente uno puede percibir el tiempo como "fluyendo" muy lento (cuando uno lo pasa mal) o muy rápido ("el tiempo pasó muy rápido cuando nos besamos"), pero eso es cuestión de palabras. O mira la situación cuando sueñas: el reloj al lado de tu cama dice que han pasado cinco minutos, pero en tu sueño parece que ha pasado mucho más tiempo. Para los animales, la percepción del tiempo también puede ser muy diferente. Pero esto aparte. Entonces, la respuesta a su pregunta es que el tiempo no puede fluir en el sentido habitual. Lo que significa que no tiene

• ¿Por qué hay una flecha del tiempo? Primero, permítanme enfatizar que la flecha del tiempo no implica que el tiempo tenga una dirección. La flecha no apunta a un punto en el espacio. La flecha tampoco apunta del pasado al futuro, porque el tiempo obviamente no tiene dirección en el tiempo. La flecha del tiempo solo significa que el pasado es diferente del futuro, y una flecha es una buena analogía para abordar esto. Entonces, la pregunta que haces es, de hecho: "¿Por qué el pasado es diferente del futuro?" Según la segunda ley de la termodinámica, el comportamiento colectivo de todas las partículas del Universo es tal que las partículas tienden a configurarse cada vez más desordenadas (si la configuración inicial no está en un estado de máximo desordenado). Ahora, por definición, el pasado del Universo se encuentra en un estado más ordenado que el futuro. Puede preguntarse qué sucedería si los movimientos de todos los campos de partículas se invirtieran (lo que solo se puede hacer en la mente, pero el difunto Stephen Hawkins pensó una vez que esto sucedería si el Universo cambiara de expansión a contracción, un pensamiento de que más tarde afortunadamente admitió que estaba equivocado). ¡Algo sobre lo que pensar!

• Si quieres una respuesta corta, entonces:
  • Los físicos se refieren principalmente a un eje de coordenadas cuando hablan de tiempo. ¡ También en la teoría de la relatividad estamos midiendo el tiempo en metros!
• ¿Cómo fluye el tiempo?
  • Yo diría más bien: cómo pasa. En la teoría de la relatividad ' suponemos ' que el tiempo pasa con la velocidad de la luz . Definimos la dirección del tiempo por esa ' definición ':
    • La dirección del paso del tiempo es la misma dirección donde crece la entropía . Si no sabe qué es la entropía, entonces, en pocas palabras, la entropía es una medida de la desorganización de la materia. Así que el tiempo está pasando en la dirección en que aumenta la desorganización de las partículas en nuestro universo.

Fue una respuesta corta y no muy precisa, pero si desea una explicación más profunda de estas cosas, puede leer muchos libros y ver muchos videos en YouTube sobre este tema. Espero que mi respuesta haya sido útil.

Rechacé mi pregunta (se percibe como un duplicado de esta), así que dejaré una respuesta aquí como un tiro de despedida. John Rennie menciona que el tiempo fluye en una dirección a razón de un segundo por segundo. Está bien decirlo, pero hay un número infinito de variaciones de esa tasa solo dentro de nuestro Universo.

Incluso para nosotros como individuos, la tasa parece cambiar de acuerdo con el funcionamiento de nuestro cerebro. Nuestros cerebros tienen diferentes engranajes (tipos de ondas alfa, beta, gamma, delta [y quizás más]) y dependiendo de qué combinación de ellos esté en proceso, puede parecer que el tiempo se mueve más lento o más rápido. Cuando estamos realizando múltiples tareas, queremos que disminuya la velocidad y cuando estamos aburridos, parece que se arrastra.

Pero ya basta de filosofía: estamos hablando de la física del tiempo, que es básicamente la física de algo que no existe. No puedo recordar quién es, alguna celebridad en realidad, pero la persona experimenta una pequeña anomalía, una condición "médica" y no tiene una percepción del tiempo como el resto de nosotros (cualquiera que sea el porcentaje de raza humana).

Al igual que algunas personas no tienen reflectores de apetito que les dicen cuándo han comido lo suficiente (la gente ha muerto por esto), la persona que no puede juzgar el tiempo me olvido. Entonces, ¿son disfuncionales o están más en sintonía con la naturaleza que algunos?

No creo que los animales tengan percepción del tiempo. Creo que perciben eventos y pueden recordarlos (en realidad, y de manera extraña, los experimentos han demostrado que las aves pueden pasar "recuerdos" de personas amenazantes específicas a sus crías y los niños reaccionan en consecuencia a las personas sin conocerlas previamente). Sin embargo, solo los humanos tienen un resumen. concepción del tiempo como una "cosa".

De hecho, en Enrique IV de Shakespeare, el protagonista se burla de un tonto porque se refiere de manera abstracta al tiempo. El tipo de moraleja es que las personas que tienen tiempo para preguntarse sobre el tiempo en realidad no logran mucho. Eso fue escrito hace 400 años y ahora (riendome de mi mismo) estoy haciendo lo mismo. Así que supongo que no lo haré después de esta pequeña respuesta.

Recientemente escuchando a Julian Barbour (quien ha dado una solución al problema de los tres cuerpos) dice algo parecido. Nos dice que el tiempo, tal como lo vemos, es una especie de remanente de eventos que no encajan perfectamente. Por ejemplo, si se supone que te vas a encontrar con un amigo y llega al lugar de la reunión después de ti, es posible que empieces a notar el paso del tiempo. Si se hubieran encontrado simultáneamente, su mente podría haber permanecido completamente comprometida con la vida y el tiempo no habría tenido importancia.

Para dar un ejemplo similar, un tipo dijo que una vez conoció a Bruce Lee (el artista marcial) en un ascensor y comenzaron a hablar de Kung Fu. Llegaron al mismo piso, así que probaron algunos movimientos. La próxima vez que el tipo miró su reloj eran las 7 de la mañana. Se metió en el ascensor a las 22:35, así que el tiempo desaparece cuando no lo miramos.

De manera similar a la mecánica cuántica, si nos vamos a dormir, podemos confiar en que nuestro despertador confiable marcará (como dice John Rennie) un segundo por segundo durante toda la noche hasta que nos despierte de la inconsciencia. PERO no tenemos forma de probar que esto es lo que realmente sucede. Al igual que una función de onda no colapsada, ¿qué hace realmente el tiempo cuando no estamos mirando?

¿Cómo probamos siquiera que somos la misma persona que se despertó y se fue a dormir? Los budistas dicen que el ego es una función. Es temporal ya veces está ahí, a veces no. Ese es el significado real de "si un árbol cae en el bosque y no hay nadie alrededor, ¿alguien lo oye?" koan. Se traduce como "si el ego no está ahí para mirar, ¿hay un ego?" - bueno, obviamente no si no está ahí por un momento. Sin embargo, podría volver si la respuesta de Physics Stack Exchange en la que trabajaste duro recibe muchos votos negativos, ja, ja, ja.

Entonces, en la tierra, la medida de tiempo precisa más cercana son los días. Todo lo demás es quisquilloso que los humanos hacen porque quieren muchas cosas, así que comienzan a calcular cómo conseguirlas y eso significa que dividimos los eventos en porciones que llamamos tiempo.

Ese es el punto de Barbour también. Necesitamos percibir la división para poder funcionar y poseemos una herramienta innata para dividir el tiempo al igual que poseemos una herramienta para dividir la identidad (el ego), pero como se ve en las personas que tienen anomalías, esto puede estar ausente.

Incluso una emoción como la tristeza nunca es la misma dos veces y como dijo un famoso filósofo "Nunca saltas dos veces al mismo río". No estoy seguro de cómo terminar esta divagación de manera concluyente. Tal vez solo diga que estamos de acuerdo en creer que todos sabemos aproximadamente lo que es una hora y un segundo es una medida muy conveniente.

No, espera. Terminaré la respuesta con una pregunta. ¿Cuántos de ustedes, a pesar de sus mejores esfuerzos, llegaron tarde a un evento, reunión o no pudieron hacer algo que tenían que hacer en un período de tiempo específico? La hora estaba fijada con precisión en tu cerebro, pero la vida era más grande, más impersonal y más allá de tu control, tanto que el concepto de tiempo no funcionaba.

¿Qué sé yo? Soy solo un reloj. A veces hago tictac, a veces toco.

Adoptaré un punto de vista diferente al de otras respuestas. El flujo del tiempo se puede utilizar en relatividad.

Algunas respuestas anteriores y esta respuesta a ¿Realmente toma tiempo infinito (observador) para que alguien caiga en un agujero negro? apuntar al tiempo como en el Universo de Bloques . El espacio-tiempo es un bloque 4D inmutable. El tiempo no fluye.

De acuerdo con esta respuesta a Comprender los fenómenos emergentes en el universo de bloques. (Pregunta reformulada) , para que exista un flujo de tiempo, tendría que haber un parámetro físicamente significativo$\lambda$que definiría el flujo a través de$dt/d\lambda$en el bloque 4D. No hay flujo. La gente define un parámetro afín como este todo el tiempo en relatividad general, pero no tiene significado físico.

Desde este punto de vista, soy algo así como un rollo de película. Cada fotograma soy yo en un momento determinado. Cada fotograma existe de forma independiente, independientemente de qué fotograma es "ahora" o si la película se está reproduciendo o no. En cada cuadro, estoy en un estado que siente el flujo del tiempo y recuerda el pasado.

Sin embargo, como esta respuesta a ¿Cómo puede la posición de una partícula ser aleatoria e incierta en la mecánica cuántica si ya está predeterminada en la relatividad? deja en claro, esta visión no significa que el futuro esté predeterminado de una manera que sea incompatible con la mecánica cuántica. Independientemente de cómo resulten las funciones de onda y las mediciones de la mecánica cuántica, los eventos resultantes se pueden presentar en un bloque de espacio-tiempo 4D. El bloque es una forma conveniente de ver eventos para la relatividad.

Muchos físicos adoptan la opinión de que el Universo de bloques es la forma en que funciona el universo. Pero como dijo John Rennie en su respuesta, hay otros puntos de vista de que esto es solo una artimaña matemática, y que el tiempo realmente fluye.

Por ejemplo, las simulaciones numéricas relativistas generales a menudo usan el formalismo ADM para comenzar con una condición inicial y calcular estados futuros. El espacio-tiempo se divide en hojas espaciales etiquetadas por t. El tensor métrico 3D de cada hoja se utiliza como variable dinámica, junto con su momento conjugado. Se puede derivar un hamiltoniano y ecuaciones de movimiento. Los estados futuros se pueden calcular sin conocerlos de antemano.

Todo esto muestra que el Block Universe es compatible con la física tal como la conocemos, a pesar de su violación del sentido común. Pero el Block Universe no es necesario.

Parte de la visión de sentido común del tiempo es que fluye. El presente es todo lo que existe. El futuro aún no ha sucedido. El pasado terminó y quedó atrás. Me gustaría argumentar que esto también es compatible con la relatividad. La relatividad no requiere el flujo del tiempo, pero si existe, no perjudica a la teoría. Para hacer eso, profundizaré un poco más en lo que significa la simultaneidad.

La luz viaja en$3 \times 10^8$milisegundo. estamos cómodos en$3$milisegundo. Encontramos que la física relativista es contraria a la intuición.

Considere un mundo donde el movimiento más rápido es$3 \times 10^{-8}$milisegundo. Esto es aproximadamente 1 m/año, la velocidad de un glaciar. Los físicos del mundo de los glaciares se mueven demasiado lento para ver los efectos del movimiento con los que nos sentimos cómodos. Podemos aprender acerca de nuestras dificultades conceptuales observando lo que encuentran contrario a la intuición sobre la física cotidiana.

En la física clásica del mundo de los glaciares, cada objeto tiene una propiedad intrínseca fija llamada posición. Cada observador está de acuerdo en la posición de un objeto dado. La posición se puede utilizar como la identidad del objeto.

Sin embargo, las mediciones precisas o las mediciones durante largos intervalos de tiempo muestran que la posición cambia con el tiempo. Esto conduce a conceptos contrarios a la intuición como el "fallo de la misma ubicación" y la "velocidad".

Por lo general, estos pueden ignorarse. Pero los observadores que viajan a velocidades cotidianas verían efectos extraños. Los físicos de glaciares Bob y Alice están de acuerdo en que ambos tienen una posición$x_0$en el momento$t_0$. A$t_1$, Bob dice que tiene posición$x_0$, tal como cabría esperar. Del mismo modo, Alice dice que todo es normal con ella. Pero Bob dice que Alice está en$x_1$.

Esto lleva a la confusión. Ni Bob ni Alice han cambiado su posición inmutable. Y, sin embargo, ahora están en dos posiciones diferentes. ¿Son esas posiciones de alguna manera iguales? ¿Es posible de alguna manera ocupar dos posiciones al mismo tiempo?

Tenemos una confusión similar sobre el fracaso de la simultaneidad. Pensamos en el tiempo como absoluto. Un momento$t_0$identifica de forma única una porción de espacio-tiempo. Cuando$t_0$es ahora, todos los eventos en ese segmento tienen su momento de existencia. El estado del universo está especificado únicamente por$t_0$. Todos los observadores están de acuerdo en esto. El flujo del tiempo es la progresión del estado universal de causa a efecto. Es por eso que el flujo del tiempo tiene sentido.

Sin embargo, las mediciones muestran que la velocidad de la luz es constante. Esto conduce al fracaso de la simultaneidad. Los físicos cotidianos Robert y Alicia se cruzan a velocidad relativista. Ambos eligen sistemas de coordenadas que coinciden en que pasan en$(x_0,t_0)$. Miran el evento que Robert ve como$(x_1,t_0)$. Robert dice que esto está teniendo su momento de existencia ahora. Alicia dice que el mismo evento ya sucedió o aún no sucedió. Esto lleva a la confusión. Un evento ocurre en dos momentos diferentes.

El Block Universe es una forma de evitar esto. Si un evento existe en dos momentos diferentes, no debe tener una existencia momentánea. Debe existir siempre que sea el momento de que exista en cualquier marco de referencia. Esto preserva la noción de que todos los eventos en un segmento de espacio-tiempo definido por un tiempo existen en ese momento. Sin embargo, destruye la noción de tiempo que fluye. Una sucesión de eventos no surge y desaparece. Todo el bloque de eventos en todo el espacio-tiempo existe estáticamente.

Otra forma es dejar de lado la noción de que la simultaneidad es absoluta. Cada objeto sigue una línea del mundo donde fluye el tiempo. Cada evento que experimenta el objeto llega a existir en su momento y desaparece. Pero no existe una forma universal de hacer coincidir los tiempos de eventos separados. El emparejamiento es tan dependiente del movimiento como el emparejamiento de la posición de eventos separados.

Este es un escollo conceptual mucho más difícil para nosotros que cualquier otra cosa en la relatividad especial. Estamos acostumbrados a que Robert vea dos eventos como el mismo lugar, pero Alicia los vea como diferentes debido a su movimiento. Pero Robert viendo dos eventos al mismo tiempo y Alicia viéndolos como diferentes debido a su movimiento viola nuestra noción de lo que es el tiempo. Cuesta hacerse a la idea de que el tiempo no es lo que pensábamos que era.

Esto no cambia lo que es la simultaneidad en la relatividad. Se puede inferir la simultaneidad de dos eventos separados medidos en un marco de referencia inercial particular. Roberto, sentado en$x_0$, siempre puede confiar en su reloj a las$x_0$ser uniforme. Envía un pulso de luz que se refleja en un evento en$x_1$y regresa Registra los tiempos de salida y regreso. La velocidad de la luz es constante, por lo que el pulso tarda la mitad del tiempo en salir y la otra mitad en regresar. El reflejo es, por lo tanto, simultáneo con el evento que Robert experimentó en el momento intermedio.

La diferencia entre los puntos de vista de Block Universe y Flowing Time es puramente filosófica. Ambos usan los mismos diagramas de espacio-tiempo, hacen los mismos cálculos y llegan a las mismas respuestas. Un punto de vista considera el diagrama de espacio-tiempo como un bloque de eventos estáticamente existentes. El otro lo considera como una colección de historias vagamente emparejadas.

Ambas nociones de tiempo son diferentes de la noción de sentido común. No conozco ningún experimento que pueda distinguir estas interpretaciones del tiempo. Usa el que te resulte más cómodo.

Sin embargo, hay una diferencia. El Universo de Bloques no incluye la progresión del estado desde el tiempo temprano hasta el tiempo posterior. Debe ser agregado. Hay alguna cuestión de cómo motivarlo y explicar la dirección. El flujo del tiempo no explica esta progresión. Simplemente se supone.

No sé la respuesta a las 2 primeras preguntas, pero tengo una respuesta a la tercera. Digamos que tienes un plano hiperbólico bidimensional con mosaicos de heptágonos y uno de esos heptágonos lo llamas el central. Ahora digamos que comienzas en el central y luego sigues caminando aleatoriamente en cada paso eligiendo al azar uno de los 7 heptágonos adyacentes para ir. Entonces seguirás alejándote más y más. En cada momento, es aleatorio en cuál de los heptágonos adyacentes estarás a continuación. Sin embargo, nunca es aleatorio en cuál de los heptágonos adyacentes se le dio finalmente en cuál se encuentra en ese momento. No es tan difícil encontrar una explicación para esto.

Por supuesto , la respuesta de John Rennie es correcta, al igual que la respuesta de John Duffield . Ambas respuestas son correctas en su mayoría y técnicas. Pero déjame tratar de explicarlo de una manera más simple. Entonces, permítanme intentar agregar algo explicándolo de una manera realmente simple y comprensible y comparando las dos respuestas donde están de acuerdo y donde no.

1. ¿Que es el tiempo?
   Por John Rennie:

   es lo que los físicos quieren decir, por definición de los cuatro vectores, y que el tiempo es una coordenada en ese sistema de 4 dimensiones que llamamos espacio-tiempo.

   
   Por John Duffield:

   es el movimiento de las piezas del reloj.

   
   Ambos tienen razón. Pero ambos intentan tomarlo desde otro ángulo. Veámoslos uno por uno, tratando de unificarlos.

La primera respuesta dice que el universo está configurado así y los cuatro vectores están configurados para que el tiempo como dimensión sea solo otra dimensión como las 3 dimensiones espaciales que percibimos fácilmente. Ahora bien, esto es correcto y es sólo la medida del espacio-tiempo. Explica que cualquier movimiento (velocidad) en las dimensiones del espacio se ve afectado por (y viceversa) el movimiento (velocidad) en la dimensión del tiempo. Si algo se mueve a gran velocidad$c$en el espacio, no debe moverse en el tiempo (su velocidad en la dimensión del tiempo es 0). Si algo se mueve más lento que la velocidad$c$en el espacio, debe empezar a moverse en la dimensión del tiempo. Eso es solo un hecho empírico, y así es como se configuran el universo y los cuatro vectores.

Esto también se reduce al universo de bloques, donde ya existen todas las 'fracciones de tiempo', y simplemente las percibimos a medida que nos 'movemos' a lo largo de las coordenadas de la dimensión del tiempo.

Ahora bien, no existe una teoría aceptada sobre en qué consiste todo y cómo se gana masa en reposo , pero una teoría es que las partículas sin masa ( gluones ) oscilan a una velocidad c en algún confinamiento.

En SR , la dilatación del tiempo se explica en un ejemplo por un reloj de fotones, con dos espejos y un fotón moviéndose entre los espejos (como oscilando) (algo de confinamiento). Entonces, si tomamos esto como una analogía, podríamos decir que el tiempo es el movimiento (en el espacio) del fotón o del gluón entre espejos o confinamiento. Así que todo lo existente podría consistir en pequeños relojes de gluones.

Entonces la primera respuesta podría llevar a decir que por el movimiento (oscilación) de los gluones de los pequeños relojes y su velocidad en el espacio (oscilando a velocidad$c$) afecta su velocidad en la dimensión del tiempo (velocidad 0, tiempo congelado). Entonces, el vector cuatro mostrará que estos no se mueven en el tiempo.

Pero tan pronto como observamos las partículas de nivel superior que se acumulan, de alguna manera, debido al confinamiento, ganan masa en reposo a las partículas de nivel superior, y esas (las partículas de nivel superior) se ralentizan en el espacio. Entonces deben comenzar a moverse en la dimensión del tiempo, y eso es lo que mostrará su vector cuatro, se moverán en la dimensión del tiempo con una velocidad> 0.

Así que aquí es donde la primera respuesta se conecta con la segunda respuesta, dice que el movimiento (velocidad) en las dimensiones del espacio afectó el movimiento (velocidad) en la dimensión del tiempo.

La segunda respuesta dice que el tiempo es solo el movimiento de las partes de un reloj. Básicamente, está de acuerdo con la primera respuesta al decir que todo es como un reloj de fotones y que el movimiento en el espacio afecta el movimiento en el tiempo.

2. ¿Fluye el tiempo? No, ambas respuestas dicen que no, porque no es el tiempo el que fluye, somos nosotros los que nos movemos a lo largo de las coordenadas de la dimensión del tiempo.

La primera respuesta dice explícitamente que nos estamos moviendo a lo largo de la dimensión del tiempo y que es más como un universo de bloques, donde todo ya existe.

La segunda respuesta dice que el tiempo son solo partículas en movimiento, por lo que el tiempo en sí mismo no fluye, pero las partículas se mueven y eso es lo que percibimos como el flujo del tiempo.

La primera respuesta es correcta. así es como se configuran el universo y los cuatro vectores. Permítanme mostrar por qué la segunda respuesta es incorrecta y, para hacerlo, necesito explicar algo que ninguna de estas respuestas menciona.

3. El caso que ninguna de estas respuestas explica es: si todo en el universo (todas las partículas, la energía) no se moviera en el espacio (estarían estacionarias en las dimensiones del espacio).

En este caso, la primera respuesta diría que, según el vector cuatro, aún veríamos que todo se mueve en la dimensión del tiempo a una velocidad$c$. Eso es exactamente lo que dice el vector cuatro, y es empíricamente cierto.

La segunda respuesta implicaría que en este caso, como nada se mueve en el espacio, no percibimos el tiempo, y no hay tiempo, no existe. Pero eso no es verdad. La segunda respuesta se basa en un concepto erróneo. Implica que las partículas se están moviendo en el espacio y que nuestra velocidad (que tiene masa en reposo) es normal, y que necesitaríamos acelerar (en las dimensiones del espacio) hasta la velocidad de la luz. Eso no es verdad. Todo lo que no tiene masa en el universo se mueve a gran velocidad.$c$en el espacio (y moviéndose a velocidad 0 en la dimensión del tiempo) inmediatamente cuando se crea. Dado que podríamos usar la analogía y decir que todo consiste en pequeños relojes de fotones (gluones), todos se mueven en el espacio a gran velocidad.$c$como son creados. Si de alguna manera ganan velocidad para las partículas de nivel superior que acumulan (al oscilar en algún confinamiento), entonces reducen la velocidad de esas partículas de nivel superior en el espacio. Esa es la única forma de moverse más lento que la velocidad.$c$en el espacio, para reducir la velocidad. A medida que disminuyen la velocidad, al ganar masa, ellas (las partículas de nivel superior) comienzan a percibir el tiempo como nosotros (que tenemos masa en reposo) y también comienzan a moverse en la dimensión del tiempo.

Ahora, si reducimos tanto que nos quedamos estacionarios en el espacio, eso no es especial. Entonces todavía nos estamos moviendo a velocidad.$c$en la dimensión del tiempo. El concepto erróneo que ve es que puede pensar que la velocidad 0 en el espacio es especial (por considerar su efecto sobre la velocidad en la dimensión del tiempo). No lo es. La velocidad 0 en el espacio es lo mismo (su efecto sobre la velocidad en la dimensión del tiempo) como cualquier otra velocidad<$c$en el espacio. La única velocidad en el espacio que tiene un efecto especial (sobre la velocidad en la dimensión del tiempo) es la velocidad.$c$. Pero esa es la única velocidad que pueden tener las partículas sin masa y si algo quiere moverse más lento, tiene que reducir la velocidad ganando masa.

Entonces la segunda respuesta es incorrecta, cuando dice que las partículas se mueven en el espacio y que es lo que percibimos como el flujo del tiempo. Porque, incluso si nada se moviera en el espacio, todavía nos moveríamos en la dimensión del tiempo a gran velocidad.$c$.

¿Cómo es eso posible? La única solución es realmente el universo de bloques, donde todas las versiones de nuestro universo existen en la dimensión del tiempo, y nosotros simplemente nos movemos a lo largo de la dimensión del tiempo y nos damos cuenta de la versión real de nuestro mundo.

Pero, ¿qué hace que todos percibamos el mismo universo al mismo tiempo? ¿Cómo nos estamos moviendo todos juntos a lo largo de la dimensión del tiempo? La respuesta es: porque todos nos movemos a la misma velocidad (aprox., volando con la Tierra mientras se mueve en el espacio) en el mismo campo gravitatorio. Tan pronto como nos alejamos del campo gravitatorio de la Tierra, percibimos el tiempo a una velocidad diferente (entonces las que quedan en la Tierra), ya que nos moveremos en la dimensión del tiempo a una velocidad diferente debido a GR . Y tan pronto como volamos con una velocidad diferente en el espacio (en una nave espacial rápida) percibimos el tiempo de manera diferente (que los que quedan en la Tierra) debido a SR.

Bien, pero, en primer lugar, ¿cómo somos capaces de movernos en la dimensión del tiempo a diferentes velocidades? Entonces, ¿cómo puede alguien alejarse de la Tierra y volver al mismo punto en la dimensión del tiempo que los que quedaron en la Tierra? La respuesta es que si alguien se aleja de la Tierra, se aleja del campo gravitatorio y se mueve a una velocidad diferente a la de la Tierra, entonces esa persona se aleja en las cuatro dimensiones. Para volver al mismo punto en las cuatro dimensiones y encontrarse con los que quedan en la Tierra en el mismo punto en la dimensión del tiempo también, tiene que usar energía extra para compensar la diferencia. De lo contrario, esa persona solo regresaría a la Tierra a la misma ubicación espacial pero nunca al mismo punto en la dimensión del tiempo que los que quedaron en la Tierra (ya que su velocidad en la dimensión del tiempo es diferente).

Entonces, la primera respuesta es correcta porque incluso si algo está estacionario en el espacio, aún podría estar en un campo gravitatorio, y eso cambia su velocidad en la dimensión del tiempo (en comparación con los que están fuera del campo gravitatorio).

Este no es mi tema, y ​​no soy un experto en esto en absoluto, pero creo que en circunstancias adicionales en un agujero negro , el tiempo podría incluso detenerse (su velocidad en la dimensión del tiempo es 0) para los que están dentro del agujero negro (desde vista de un observador lejano), y puede parecer que están atrapados en un cierto punto en la dimensión del tiempo. Entonces, podría haber un caso especial cuando la velocidad en la dimensión del espacio sea 0 y también en la dimensión del tiempo (para un agujero negro que no gira en la singularidad ). Para comenzar a moverse nuevamente en la dimensión del tiempo, tendrían que usar energía adicional para salir del efecto gravitatorio del agujero negro y comenzar a moverse tanto en la dimensión del espacio como en la del tiempo.

¿Que es el tiempo? Pregunta a diez personas diferentes y obtendrás diez respuestas diferentes. Así es como lo entiendo. La palabra tiempo es un término que describe el movimiento temporal. El tiempo es lo que hacemos. El tiempo no fluye, nosotros el tiempo. No nos movemos a través de la dimensión del tiempo, cronometramos a través de la dimensión temporal. El tiempo es un verbo.

Es nuestro movimiento de un momento a otro. Los relojes miden nuestra progresión. Los relojes miden cuánto cronometramos. Las distancias temporales se miden en segundos, minutos, horas, días, años, etc. Entonces nos movemos a través de la dimensión espacial y cronometramos a través de la dimensión temporal.

La velocidad a la que cronometramos se conoce como nuestra velocidad temporal. El tiempo a través de la dimensión temporal no es algo que solo hacen los humanos. Todo excepto partículas sin masa, tiempos.

Ahora, debido a que la dimensión espacial y la dimensión temporal están interrelacionadas, cuanto más rápido nos movemos, más lento cronometramos, pero debido al hecho de que nuestras percepciones están determinadas por nuestra velocidad temporal, nunca percibimos la dilatación del tiempo localmente.

Ahora, puedo estar equivocado, pero no hay evidencia científica que sugiera que mi teoría es inverosímil. Corríjame si me equivoco, pero, si no está de acuerdo, simplemente porque no coincide con sus puntos de vista actuales, no comente.