¿Existe tiempo simultáneo?

Profundicemos un poco en esto, porque es interesante, contraintuitivo y va al corazón de algunas de las profundas implicaciones metafísicas de la relatividad.

Primero, seleccionemos nuestra teoría. Afortunadamente, podemos ignorar la mayor complejidad de la Relatividad general, ya que Especial nos dará esencialmente los mismos resultados para los espacios de espacio de 40 años luz en su mayoría vacíos que estamos viendo.

Ahora consideremos algo que sucede aquí en la tierra, digamos que dejo caer un lápiz, y preguntemos si podemos identificar algo que sucede al “mismo tiempo” en TRAPPIST-1. Dibujemos esto en el espacio de Minkowski con el tiempo corriendo por la pantalla, así

Ahora la pregunta es si podemos elegir un evento en la línea TRAPPIST-1 que podamos decir que es simultáneo con el evento de que deje caer el lápiz. Recuerde, nada puede viajar más rápido que la luz, por lo que no hay una línea natural “horizontal” de causa y efecto que pueda usar para dibujar en la página.

Pero hay un procedimiento obvio que cae dentro de las “reglas” de SR. Usemos la luz, así. (Los haces de luz son líneas rojas, con 45 grados como la convención habitual de Minkowski para algo que viaja en [matemáticas] c [/ matemáticas])

Es decir, en TRAPPIST-1 envío rayos de luz y los reboto de la tierra (ya sea física o teóricamente). Tomo nota de la hora en que me dejan: [matemáticas] t_0 [/ matemáticas], y la hora en que me devuelven [matemáticas] t_1 [/ matemáticas]. Ahora todo lo que hago es asegurarme de haber seleccionado el haz de luz que rebotaba en la tierra en el instante en que dejé caer el lápiz (fácilmente identificable), y luego definir un nuevo tiempo [matemático] t_p [/ matemático], por la convención más simple posible : [matemáticas] t_p = \ frac {1} {2} (t_0 + t_1). [/ matemáticas] Es decir, digo que el lápiz se dejó caer en un momento que es la mitad del tiempo de ida y vuelta para ese rebote haz de luz que golpeó el lápiz caído.

Usando esta convención, ahora puedo dibujar una línea de puntos a través del espacio-tiempo, diciendo que este es un “plano de simultaneidad”: definiendo aquellos eventos que son simultáneos con el lápiz caído y mi tiempo [math] t_p [/ math].

Eso parece facil. Y es.

Pero el problema es que esta opción si el plano de simultaneidad no es único. Para considerar que alguien pasa por el tipo en TRAPPIST-1 a una velocidad constante (es decir, este nuevo observador también está en un marco de referencia inercial), podríamos asumir que están sentados en una nueva y brillante nave espacial. Digamos que pasan muy cerca del chico TRAPPIST-1 y sincronizan sus relojes en [math] t_0 [/ math].

Luego hacen el mismo experimento y usan la misma convención para determinar el plano de simultaneidad (es decir, [matemáticas] t’_p = \ frac {1} {2} (t_0 + t’_1) [/ matemáticas]) obtendrán una respuesta diferente para el punto medio del tiempo: el evento que elijan como simultáneo cuando yo deje caer el lápiz no se ubicará en el mismo plano de simultaneidad que el determinado por el tipo estacionario en TRAPPIST-1. *

La estructura de la relatividad especial garantiza que esto sea siempre cierto. Cualquier dos observadores que se muevan uno con respecto al otro estarán en desacuerdo de esta manera. Y la relatividad (por construcción) no contiene ninguna razón para elegir los planos de simultaneidad de una persona en lugar de cualquier otra. Todas son perspectivas igualmente buenas, de acuerdo con las leyes de la física, pero todas están en desacuerdo entre sí.

Entonces, esta es la situación: cada observador individual puede establecer su propia convención de simultaneidad. Pero cuando lo haces, todos están en desacuerdo, y no hay nada que diga que la convención fijada por un observador inercial tiene el privilegio sobre la convención fijada por otro.

¿Pero deberíamos pasar de esta observación a algo más fuerte: que no hay ningún hecho en cuanto a la simultaneidad distante? Esta es, estrictamente hablando, una pregunta filosófica, metafísica, pero la mayoría de las personas permiten que su metafísica sea influenciada por descubrimientos científicos. Según las marcas de realismo científico que sostienen la mayoría de los filósofos de la física (e implícitamente, por la mayoría de los físicos) la respuesta es , de hecho deberíamos hacer ese movimiento. No existe una estructura en las matemáticas de nuestra mejor teoría de la teoría del espacio y el tiempo que seleccione una noción privilegiada de simultaneidad, y dado eso, debemos juzgar que tal cosa no existe.


[*] Sería ideal aquí para transformarse en el marco de la persona que viaja y dibujar el diagrama nuevamente, pero eso requeriría un poco de diversión para explicar cómo se comporta la geometría de los diagramas de Minkowski: es más sencillo seguir el TRAPPIST-1 marco.

Relatividad de simultaneidad

Según la teoría especial de la relatividad, es imposible decir en sentido absoluto que dos eventos distintos ocurren al mismo tiempo si esos eventos están separados en el espacio. Por ejemplo, un accidente automovilístico en Londres y otro en Nueva York, que parecen suceder al mismo tiempo a un observador en la tierra, parecerá haber ocurrido en momentos ligeramente diferentes a un observador en un avión que volaba entre Londres y Nueva York . La cuestión de si los eventos son simultáneos es relativa : en el marco de referencia de tierra estacionaria, los dos accidentes pueden ocurrir al mismo tiempo, pero en otros marcos (en un estado de movimiento diferente en relación con los eventos), el accidente en Londres puede ocurrir primero, y aún en otros cuadros, el accidente de Nueva York puede ocurrir primero. Sin embargo, si los dos eventos pudieran estar causalmente conectados (es decir, el tiempo entre el evento A y el evento B es mayor que la distancia entre ellos dividido por la velocidad de la luz), el orden se conserva (es decir, “el evento A precede al evento B”) en todos los marcos de referencia.

Si imaginamos que un marco de referencia asigna exactamente el mismo tiempo a dos eventos que están en diferentes puntos en el espacio, un marco de referencia que se mueve en relación con el primero generalmente asignará diferentes tiempos a los dos eventos. Esto se ilustra en la paradoja de la escalera, un experimento mental que utiliza el ejemplo de una escalera que se mueve a gran velocidad a través de un garaje.

Hendrik Lorentz introdujo una forma matemática de la relatividad de la simultaneidad (“hora local”) en 1892, y la interpretó físicamente (a primer orden en v / c ) como resultado de una sincronización usando señales luminosas por Henri Poincaré en 1900. Sin embargo , tanto Lorentz como Poincaré basaron sus concepciones en el éter como un marco de referencia preferido pero indetectable, y continuaron distinguiendo entre el “tiempo verdadero” (en el éter) y los tiempos “aparentes” para los observadores en movimiento. Fue Albert Einstein en 1905 quien abandonó el éter (clásico) y enfatizó la importancia de la relatividad de la simultaneidad para nuestra comprensión del espacio y el tiempo. Dedujo el fracaso de la simultaneidad absoluta a partir de dos supuestos establecidos:

  • El principio de la relatividad: la equivalencia de los marcos inerciales, de modo que las leyes de la física se aplican por igual en todos los sistemas de coordenadas inerciales;
  • La constancia de la velocidad de la luz detectada en el espacio vacío, independiente del movimiento relativo de su fuente.

Yo digo si. Es una pregunta difícil con la comprensión y el conocimiento del que soy capaz; porque personalmente puedo encontrar el tiempo y el espacio tanto separados como interconectados. Parece un poco “indefinible” porque la mente humana guarda recuerdos del pasado y anticipación del futuro. Nuestras mediciones de tiempo dependen de un punto de partida en una ubicación establecida, como un rayo. Las mediciones no están enraizadas; Siempre son relativos. Tanto objetivo como subjetivo para mí; una paradoja. Dado que el universo se expande constantemente y también se destruye; Lo veo de esta manera. Expansión constante = suministro constante de “mapas” que puede usar para mapear y decir la hora. sin límites.

Mi soñador hippy-brain me dice que perciba esta última forma de “dualidad”, que lógicamente no puedo entender completamente. No sé si debería decir si es una creencia mía; o una teoría En términos de tiempo, percibo más de dos, o planos “duales” . Cuando pienso en “planos de tiempo”, Se siente infinito. De alguna manera en bucle; sin embargo, en constante expansión en términos de espacio positivo y negativo (una percepción de dualidad para mí). Parece que todo choca entre sí, y luego creo que tal vez no debería estar tratando de imaginar conceptos como estos usando formas bidimensionales en mi cabeza.

me recuerda un momento en que mi padre una vez me dijo que había un número matemáticamente probado mayor que el infinito … cómo. qué. wat. ¿De Verdad? (No sé qué pensar de tal concepto, o si su declaración puede ser creíble)

Luego, preguntándome sobre el número cero y cómo contiene el “valor” cero, parece no ocupar espacio, pero ocupa su propio espacio al enraizar la posición de cada número positivo y negativo, para que no se choquen entre sí. .

naranjas me gustan las naranjas

Wow … detrás de esa pregunta hay mucha filosofía …

Sí, sé que podemos dibujar un cono de luz … y hablar todo el día sobre la relatividad.

Pero … ¿simultaneidad? hmmmm …

No tengo tiempo para profundizar en esto por completo. Pero … sabemos que podemos asignar eventos que están conectados en una secuencia que no se puede revertir. Entonces, si Joe le arroja una piedra a Pete … esos eventos siempre se verán en esa secuencia, sin importar lo que esté haciendo el observador. (Hola amigos, no arrojen taquiones en esto, ¿de acuerdo?)

Pero la simultaneidad es básicamente … básicamente … más o menos … prohibido. Ningún observador en el universo puede afirmar que SU vista HER / HER de dos observaciones simultáneas es la correcta.

Nuestras pequeñas mentes ligadas a la tierra hacen suposiciones que realmente no se mantienen en el universo como un todo.

No hay ningún problema con dos personas en reposo una con respecto a la otra que comparten un “ahora” común, aunque casi no tiene sentido preocuparse por ello, ya que cualquier comunicación entre ellas solo puede moverse a la velocidad de la luz.

Pero un tercero que se mude en relación con ellos no estará de acuerdo con su simultaneidad.

Sí, pero es diferente para cada marco de referencia: esta es la esencia de la teoría de la relatividad. Consulte un diagrama de Minkowski para, por ejemplo, la paradoja gemela (Wiki: paradoja gemela).

De acuerdo con la Relatividad Especial de Einstein, puede comparar el tiempo, la velocidad, la masa y el impulso entre sistemas de movimiento relativos entre sí.
Entonces, un observador de ambos, como usted, tiene su propio sistema (la tierra y TRAPPIST-1 son parte de eso). Entonces, todos los acontecimientos en ambos son simultáneos, vistos por usted.
Si crea sus propios sistemas de la Tierra y TRAPPIST-1, con relojes y velocidades propios separados, los tiempos son relativos entre sí, diferentes. ¡Esa es la relatividad especial genuina!

La física de la relatividad dice que la palabra “simultáneo” no tiene un significado definible para los observadores que no están en el mismo lugar. O, para responder su pregunta de manera más sucinta, No.

Si no estamos en un “lugar especial”, entonces debemos suponer que hay un “simultáneo * ahora *” para el marco donde nuestro sistema solar y ese sistema estelar estaban en reposo.

De lo contrario, puede hacer todo tipo de afirmaciones de mónada y decir que nada se puede saber con certeza.