¿Cómo la velocidad causa dilatación del tiempo?

Como Robert Shuler mencionó en su respuesta, y parafraseando un poco: el flujo de materia en el tiempo interno es el de sus “relojes de luz internos”. Y: se ve que un reloj de luz en movimiento funciona más lentamente que uno en reposo con el observador.

En estas ocasiones siempre me gusta recordar que los términos “moverse”, “velocidad”, “no moverse” o “en reposo” son totalmente relativistas. Las mismas conclusiones se mantendrán a la inversa, al cambiar el “descanso” y el “sistema móvil” en la formulación.

Espera un minuto. (!) Eso significaría que … “no moverse” provoca la dilatación del tiempo en un “sistema de exceso de velocidad”. Bueno, sí. Relativista significa eso también.

Para arreglar la imagen mental, eche un vistazo a esta imagen:

Un “sistema de descanso” (x, ct) se basa en las unidades oa (longitud) y ot (tiempo). Un “sistema móvil idéntico” (x ‘, ct’) deja resultados de medición ob (contracción de la longitud) y ou (dilatación del tiempo) en este sistema de descanso.

Las unidades del sistema móvil son oa ‘ (longitud) y ot’ (tiempo). El sistema de descanso deja resultados de medición ob ‘ (contracción de longitud) y ov’ (dilatación del tiempo) en el sistema en movimiento.

No hay nada especial o único en el sistema de “descanso”. El punto de vista de cualquier tercer observador “en reposo” transformaría ambos sistemas en otros dos sistemas con otras “velocidades”. Pero las contracciones mutuas de longitud de tijera y las dilataciones de tiempo permanecerán conservadas. Si el “tercer” observador es el sistema en movimiento, se transformará en el sistema blanco, y este se convertirá en un espejo del sistema verde, a la izquierda (con “velocidad” negativa).

Cualquier formulación adecuada de los fenómenos relativistas debe hacerse teniendo en cuenta, ya sea tácita o mentalmente, incluir el término ” mutuo ” con frecuencia: velocidad mutua, dilatación mutua del tiempo, …

Einstein evitó a regañadientes especificar cualquier mecanismo sobre “cómo”. Escribió un artículo en el New York Times explicando que esto se debía a que la investigación del átomo apenas estaba comenzando, y que casi todo lo que habría adivinado habría estado mal (no sus palabras exactas, pero lo peor de todo).

Hoy en día es fácil encontrar explicaciones. Pero lo que es difícil es hacerlo sin implicar que un marco de referencia se favorezca sobre otro. Si es así, ciertamente no hemos podido encontrarlo. Entonces, en la siguiente discusión, tenga en cuenta que funciona desde cualquier marco de referencia, todavía es completamente relativo.

A veces verás diagramas en viejos libros de relatividad (ya no son tan populares) que usan “relojes de luz”. Estos son dispositivos de experimento mental (aunque ciertamente puedes hacer uno, usando un dispositivo para evitar que el pulso se muera). Un pulso de luz va y viene entre dos espejos que definen un intervalo de tiempo.

Si viaja en relación con usted, ¡el pulso tiene que ir mucho más lejos! Todavía va a la velocidad de la luz, en relación con usted y sus relojes. Pero define un reloj en el otro marco de referencia.

Ahora, si los relojes están hechos de luz, la explicación está terminada. Bueno, casi lo son. Todas las fuerzas que mantienen unidos los electrones y los núcleos para fabricar materiales son electromagnéticos, lo mismo que la luz, y viajan a la misma velocidad en términos de comunicar que algo ha cambiado en la estructura.

No sabíamos eso de los átomos en 1905, cuando se publicó la relatividad. Si lo hubiéramos hecho, y la relatividad se hubiera basado en ello, ahora estaríamos buscando excepciones. Al hacer la elección que hizo, Einstein hizo una teoría mucho más general, pero carente de este tipo de explicaciones intuitivas.

Piense en un escenario en el que está sentado en un avión que se mueve a una velocidad del 95% de la luz, ahora si comienza a moverse a la velocidad del 6% de la luz

entonces su velocidad neta será mayor (1% más) que la luz, pero no debería suceder, ¿cómo puede alguien moverse más rápido que la luz? Eso es una violación de los principios básicos de la naturaleza. Aquí viene la naturaleza para detenerte. el tiempo en el interior será lo suficientemente lento como para que no pueda exceder el 5% de la velocidad de la luz. La tasa de cambio de tiempo depende de la velocidad a la que se mueve el objeto.

[matemáticas] \ frac {\ Delta t ‘} {\ Delta t} = \ frac {1} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} [/ matemáticas]

No solo reduce la velocidad de movimiento, sino también el tiempo. Todo se vuelve lento, cada átomo que nuestro cuerpo se ve afectado. No solo sucede a gran velocidad, sino que todo lo que se mueve a cualquier velocidad experimenta un tiempo lento. La tasa de cambio de tiempo varía con la fórmula mencionada anteriormente, incluso si se mueve a 100 km / h, la tasa de cambio de tiempo es lenta.

Pero no comience a vivir en un vehículo para envejecer lentamente, solo se nota cuando se mueve a velocidades comparables a la luz.

La dilatación del tiempo es causada por diferencias en la gravedad o la velocidad relativa. En el caso de ISS, el tiempo es más lento debido a la velocidad en órbita circular; Este efecto se reduce ligeramente por el efecto opuesto de menor potencial gravitacional.

La mejor manera de pensarlo, que se encuentra en el libro de Lewis Carroll Epstein, “Relatividad visualizada” es que usted (y todo lo demás) siempre se está moviendo a la velocidad de la luz. Lo que usted piensa como “quedarse quieto” en realidad es simplemente moverse a la velocidad de la luz en la dirección del eje de tiempo en su marco. Si comienzas a moverte, entonces, en tu nuevo marco, todavía estás yendo a la velocidad de la luz. Pero ahora ese vector tiene un componente a lo largo de la dirección espacial de su marco anterior. Pero sigue siendo la misma longitud, c. Está inclinado y, por lo tanto, es componente, la dirección del tiempo (anterior) es menor. Esa es la dilatación del tiempo. No es que la relación entre cuadros sea simétrica. No se puede decir que la dilatación del tiempo es la “real” .

El efecto de la dilatación del tiempo se probó y confirmó mediante relojes atómicos que viajaban en un avión a “velocidades normales” como parte del experimento Hafele-Keating.

Hay más dilatación del tiempo en un avión que viaja en dirección este, mientras que el efecto de la dilatación del tiempo disminuye para un reloj que viaja en dirección oeste. Un reloj atómico funciona más rápido en un avión que viaja de una manera que mantiene su posición en relación con el ECI (marco interno centrado en la tierra). El ECI se fija al eje de la Tierra y mantiene su dirección con respecto a las estrellas.

En la vecindad de la Tierra, la velocidad de la luz es la constante ‘c’ en relación con el ECI y la velocidad ‘v’ que determina la cantidad de tiempo de dilatación también es relativa a este ECI.

El motivo de la dilatación del tiempo puede ilustrarse a través de las siguientes analogías:

  1. Alguien camina de ida y vuelta a una velocidad de 5 km / h en una pasarela móvil de 1 km de largo. El tiempo para caminar de un lado a otro depende de la velocidad de la pasarela: 0 km / h: 24 minutos; 1 km / h: 25 minutos; 2 km / h: 28 minutos; 3 km / h: 37 minutos; 4 km / h: 67 minutos; 5 km / h: para siempre …
    Cuanto mayor sea la velocidad de la pasarela, mayor será la distancia que alguien necesita para caminar.
  2. Alguien cruza un río de 100 m de ancho de ida y vuelta en un bote a una velocidad de 5 km / h en relación con el agua. El tiempo de retorno más corto es cuando el agua no fluye. Cuanto más rápido fluye el agua, mayor es el tiempo de retorno. Cuando el agua fluye a 5 km / h, el bote nunca llega al sitio opuesto del río …
    Cuanto más rápido fluye el agua, mayor es la distancia que el barco necesita viajar en relación con el agua.

El tictac de un reloj atómico refleja la oscilación de una onda electromagnética dentro del reloj atómico. Esta onda electromagnética tiene que viajar una distancia mayor en relación con el ECI cuando el reloj atómico está en movimiento en relación con el ECI. La consecuencia de esta distancia más larga es que un reloj atómico completará menos oscilaciones cuando el reloj atómico se mueva en relación con el ECI.

En la ‘paradoja gemela, uno de los gemelos permanece estático en relación con el ECI mientras que el otro se mueve a una velocidad significativa’ v ‘en relación con el ECI. Cada partícula en el cuerpo humano es una onda que se ve afectada de manera similar a un reloj atómico cuando se mueve en relación con el ECI. Como consecuencia, el gemelo viajero no envejecerá tan rápido en comparación con el que permanece estático en relación con el ECI.