¿Qué es la dilatación del tiempo? ¿Por qué un cuerpo en reposo experimenta el tiempo lentamente, mientras que un cuerpo en movimiento experimenta un tiempo comparativamente más rápido, en relación con el primer cuerpo?

No vea esto como un defecto en el reloj. Se supone que todos los relojes son ideales y funcionan perfectamente, ya sean atómicos o mecánicos.

La teoría especial de la relatividad de Einstein nos da la relación

Los relojes, cuando se hacen para viajar con una velocidad v, no cambian por sí mismos ni comienzan a comportarse de manera errática. El tiempo mismo se ralentiza, lo que incluye todos los procesos biológicos para quienes viajan. Pero, de nuevo, nunca lo hace realmente. Para las personas a bordo de ese marco, el tiempo parece estar pasando normalmente. Las personas en ambos cuadros sentirán que el tiempo pasa lentamente en el otro cuadro.

El principal problema no es el tiempo en sí, sino la velocidad. Nunca se puede definir la velocidad absoluta de un cuerpo en movimiento. La velocidad siempre se toma con respecto a un cuadro. En la relación de Einstein, el término de velocidad es el que causa la dilatación del tiempo.

El principal error que comete la mayoría de las personas es visualizar la Tierra como una especie de marco de descanso, con respecto al cual se toman todas las velocidades. En este momento, podríamos movernos a 0.99c en algún cuadro, 0.5c en otro.
Como la velocidad es relativa, el tiempo mismo es relativo. No visualices la Tierra como una especie de lugar neutral en el tiempo en el que el tiempo se mueve a la velocidad real .

Además, como dijiste, los dos relojes mostrarán diferentes tiempos cuando se juntan en el mismo marco. Esto sucede debido a un cambio de marco involucrado en devolver el reloj a la tierra. Le sugiero que lea The Twin Paradox para obtener una mejor comprensión de este fenómeno. Enlace de Wikipedia: paradoja gemela

A medida que su velocidad aumenta, el tiempo se ralentiza en comparación con aquellos que son más lentos que usted o que están estacionarios (es decir, si ambos observadores están observando el mismo evento, verá que ese evento ocurre más rápido que el observador más lento que usted porque el tiempo correrá más lento para ti (espero que tenga sentido)) y esto se llama dilatación del tiempo.
En la teoría de la relatividad, la dilatación del tiempo es una diferencia de tiempo transcurrido entre dos eventos medidos por observadores que se mueven uno con respecto al otro o se ubican de manera diferente de una masa o masas gravitacionales (¡google!).
La razón detrás de la dilatación del tiempo es mantener la diferencia entre usted y la velocidad de la luz siempre a 300000 km / s (no significa que el tiempo se ejecutará a la mitad de la velocidad para usted a 150000 km / s, la velocidad también reduce las distancias y aumenta las cosas en masa) y es demasiado complicado de explicar ahora, así que por ahora solo mantén la velocidad que ralentiza el tiempo para ti) de modo que a medida que aumenta tu velocidad, el tiempo se ralentiza para ti. Ahora estaría leyendo que los objetos con gran masa (como los agujeros negros) también pueden ralentizar el tiempo para usted, bueno, sabemos que lo que hacen las cosas pesadas, que deforman el espacio a su alrededor, el espacio 3D se congestiona / comprime a su alrededor. Se reduce y las distancias se vuelven más pequeñas y los agujeros negros lo reducen drásticamente y mientras orbita un agujero negro, incluso a velocidad normal, estamos navegando a través de una gran distancia a velocidades enormes. Simplemente no nos damos cuenta porque el espacio por el que estamos navegando es reducido. Por lo tanto, técnicamente estamos viajando a alta velocidad al orbitar un agujero negro, incluso si no lo parece y el tiempo se ralentiza porque, como dije antes, la velocidad ralentiza el tiempo * dilatación del tiempo *. Entonces sí, solo la velocidad dilata el tiempo. Todo lo demás es una locura. No importa qué cosa haga qué, siempre termina a toda velocidad.
En otras palabras, si enciendo una bombilla a tu lado, se puede decir que el tiempo transcurrido por la luz para viajar a 300000 km de ti es de 1 segundo o un segundo solo cuando la luz emitida por esa bombilla desaparecido a 300000 km de ti. Ahora, si vas rápido, tomaría más tiempo para alejarse 300,000 km de ti y, por lo tanto, el segundo se alargará para ti (porque la velocidad de la luz debe permanecer constante). En otras palabras, el tiempo se ralentizará para usted. Eso se llama dilatación del tiempo y sucede solo para mantener la luz 300000 km / s más rápido que usted.
Cuando el tiempo se ralentice para usted, no se sentirá a sí mismo ni a lo que sea que esté en su nave, o viaje a la misma velocidad que usted, sucediendo en cámara lenta, pero todo lo demás parecería estar sucediendo rápidamente hacia usted y usted , usted mismo sería normal.

Como entiendo la pregunta, usted se pregunta por qué los relojes mecánicos también deberían funcionar lentamente en un marco móvil. Recuerdo haber tenido el mismo problema cuando me lo enseñaron. Parece sospechoso que la explicación de la relatividad especial se base en “relojes de luz” cuando la velocidad de la luz es de lo que estamos hablando.

Parece que comprende la explicación “estándar” de la relatividad especial utilizando un “reloj de luz”. Un tipo está en un tren con un reloj de luz que consiste en un fotón reflejado entre dos espejos. El otro tipo, de pie junto a las vías, ve que el fotón recorre una distancia mayor, y la velocidad de la luz es constante, por lo que el reloj de luz del tren debe ser más lento, y puede calcular cuánto con el teorema de Pitágoras.

Pero el principio de la relatividad dice que no hay forma de saber quién se está moviendo. Entonces, si el chico de las vías tenía un reloj ligero, el chico del tren vería la misma desaceleración del tiempo cuando observaba el reloj del otro chico. No hay forma de que sepan quién está en movimiento.

Ahora, imagine que la dilatación del tiempo solo se aplica a relojes ligeros, no a relojes mecánicos.
Así que ahora cada uno de ellos tiene un reloj de luz y un reloj. Para empezar, los sincronizan. Si los relojes no se comportaran igual que los relojes ligeros, podrían saber quién se está moviendo. Sería aquel cuyo reloj no coincidía con su reloj de luz.
Entonces, los dos principios de relatividad especial, la constancia de la velocidad de la luz y la equivalencia de los cuadros inerciales lo llevan a concluir que no es solo un tipo particular de reloj el que corre más lento, es el TIEMPO el que corre más lento.

Un ejemplo perfecto es la descomposición del muón. Los muones tienen una vida media bien conocida antes de que se descompongan en otras partículas. Se crean constantemente cuando los rayos cósmicos golpean la atmósfera terrestre. La cuestión es que su vida media es tan corta que nunca llegarían al suelo si no fuera por el hecho de que se mueven a una fracción significativa de la velocidad de la luz. Por lo tanto, su decadencia se “retrasa” para un observador en la tierra debido a la dilatación del tiempo.

El espacio y el tiempo se manifiestan juntos, no por separado, viajar a través del espacio también es viajar a través del tiempo. No importa cuán rápido llegue a algún lugar, debe pasar un año luz de un año allí o el orden de causa y efecto sería violado. Llegarías antes de que te vean venir. Lo que pensamos como espacio es realmente solo el retraso en la causalidad debido al ordenamiento de los eventos. El retraso de tiempo es lo que exhibe el espacio, pero su naturaleza es un retraso de tiempo, no realmente una extensión de nada.

No hay límite en la rapidez con la que puede llegar a algún lado. Por ejemplo, a 0.9999999 c puede viajar 2,236 años luz en un año. La dilatación del tiempo de masa efectiva y la contracción de longitud debido a la velocidad relativa se determina por el factor gamma.

sustituyendo en 0.9999999 por v obtenemos gamma 2,238. Gamma es el factor de deformación. Ver dilatación del tiempo. Consulte también nuestra hoja de cálculo Relatividad especial.

No existe un límite de velocidad para el viajero, pero existe un límite en cuanto al espacio de tiempo que hay desde el Big Bang y el tiempo solo aumenta a una velocidad fija, la velocidad de la luz. Viajar a través del espacio es necesariamente viajar a través del tiempo también. El espacio y el tiempo no existen independientemente.

Entonces, a pesar de que no hay límite de velocidad en cuanto a la velocidad con la que puede llegar a algún lugar con su reloj, los relojes estacionarios deben avanzar un año por cada año luz de espacio-tiempo que atraviesa. Esto se debe a que no puede viajar en el tiempo que aún no existe.

Por lo tanto, puede viajar 2,236 años luz en un año, pero su tiempo se ralentiza para esperar a que exista el espacio-tiempo para viajar y se necesitan al menos 2,236 años para aquellos que no viajan. El límite de velocidad es qué tan rápido te ven ir, no hay límite en cuanto a qué tan rápido llegas en tu reloj.
El AHORA es una esfera que se expande a un ritmo constante. El movimiento en el espacio es necesariamente hacia adelante en el tiempo pero limitado a la superficie de esa esfera que mueve al viajero hacia adelante en el tiempo una cantidad ilimitada hacia el futuro dependiendo solo de cuán lejos viaje. Cuanto más rápido viaja, más lento debe ser su reloj relativamente.

Creo que las otras respuestas no abordan la principal confusión del interlocutor: ¿cómo se desaceleran los relojes mecánicos debido al movimiento? Él / ella no parece tener un problema con los relojes atómicos o los relojes ligeros que pierden tiempo.

Contestaré esta pregunta en una ronda sobre la moda, y podría parecer un poco filosófica al principio, pero por favor tengan paciencia conmigo, y espero que al final de la respuesta tengan algún sentido de justificación.

Lo esencial para entender es cómo medimos el paso del tiempo. Y con esto no me refiero a cómo los relojes miden el tiempo y cómo calibramos el movimiento de los resortes dentro de ellos para decirnos cuánto tiempo es 1 segundo y cuánto es 1 minuto. Lo primero que pregunto es cómo percibimos el paso del tiempo.

Lo medimos por el cambio en el estado de las cosas que nos rodean. Por ejemplo, déjenos decir que está en una habitación en la que nada se mueve. Usted mismo está atado de tal manera que no puede mover ninguna parte de su cuerpo. Digamos que ni siquiera puedes mover los ojos, están fijos en una determinada orientación. Necesariamente lo que ve o percibe es una imagen fija, y como nada se mueve en relación con usted, ni puede moverse en relación con nada, no puede decir cómo un momento en el tiempo es diferente de otro.

Sin embargo, usted respira y hay un ritmo natural en su respiración que le hará sentir que el tiempo está pasando. Pero eso significa que el diafragma de sus pulmones se mueve y el aire se exhala e inhala por la nariz, y en esencia puede sentir un cambio en algo (presión de aire en los pulmones, etc.) que le da una sensación de paso del tiempo. Entonces, supongamos que todos sus procesos biológicos también se detienen, ¿entonces puede percibir el paso del tiempo?

Aquí argumentará que una persona muerta obviamente no puede sentir el paso del tiempo, pero esto es una especie de experimento mental: lo que estoy tratando de hacerle ver es que toda su noción del tiempo proviene de cosas que se mueven y cambian de forma.

Si está convencido de esto, déjeme ir un paso más allá y decir que todo movimiento o cosas que cambian de forma se producen con la ayuda de señales. Por ejemplo, conduce un automóvil y debe girar a la derecha para llegar a su destino. Las ondas EM del sol u otra fuente de luz (por la noche – luces de la calle, sus faros, etc.) rebotan en los alrededores y entran en sus ojos. Se forma una imagen en la retina y se envían señales a través de las neuronas a su cerebro. El cerebro procesa las señales (coincide con las señales con señales anteriores similares recibidas (de nuevo con la ayuda de las señales, pulsos que viajan a través de las neuronas) y reconoce que debe girar a la derecha. Por lo tanto, envía una señal a sus brazos y piernas, que se mueven de manera coordinada para mover la dirección, nuevamente esto sucede a través de señales, sus brazos aplican una fuerza sobre la dirección en uno o dos puntos, ya que la dirección está cerca rígido, la fuerza o presión viaja a través de él y se produce un par.

Puedo seguir y seguir sobre cómo la dirección envía una señal al automóvil en general, pero creo que deberías entenderlo.

Por lo tanto, la percepción de qué tan rápido o lento es el paso del tiempo depende de qué tan rápido o lento percibamos que viajan estas señales.

Ahora considere un observador que lo observa conduciendo un automóvil desde el pavimento. Según la relatividad especial, todas estas señales necesariamente viajarán a menos de la velocidad de la luz. Y el observador del pavimento verá las velocidades de todas estas señales como la dada por la ley de adición de velocidad de SR. No necesitamos entrar en matemáticas, pero intuitivamente ahora puede comenzar a ver cómo todas estas acciones parecerán estar en cámara lenta para el observador del pavimento. (Todas esas derivaciones de dilatación de tiempo y contracción de longitud se realizan enviando señales de un lado a otro desde diferentes marcos después de todo)

Tenga en cuenta que hasta ahora no hemos introducido ningún reloj mecánico en la imagen. Es fácil ver cómo un reloj mecánico tampoco es más que un mecanismo para enviar señales repetidas de manera periódica. Las manecillas del reloj se mueven debido a algunas señales y producen otras señales. Y su conocimiento de SR le dice cómo esas señales parecen viajar más lentamente en cuadros en movimiento. Así es como los relojes se vuelven lentos.

Espero haber podido arrojar algo de luz sobre esto: pensé mucho sobre esto la primera vez que estudié relatividad.

La dilatación del tiempo en este contexto es la diferencia en el tiempo de dos eventos vistos por dos observadores. Sin embargo, parece que también está preguntando acerca de la dilatación causada por la fuerza gravitacional. Su primera pregunta es acerca de cómo dos observadores en diferentes lugares pueden ver el mismo evento y registrarlo como si hubiera sucedido en diferentes momentos.

No habría habido ninguna dilatación en el tiempo si la luz se propagara a una velocidad infinita como Galileo pensó y asumió. Sin embargo, Einstein calculó que la luz y otras interacciones en la naturaleza viajan a una velocidad finita de [matemáticas] 2.998 \ veces 10 ^ 8ms ^ {- 1} [/ matemáticas]. Dijo esto en su Teoría de la relatividad y hasta ahora no hemos encontrado ninguna evidencia sólida de partículas que viajen a una velocidad mayor que la velocidad de la luz. Ahora, dado que la velocidad de la luz es finita, significaría que la luz producida por la misma fuente alcanzaría dos lugares en diferentes intervalos de tiempo.

Bueno, ahora quiero que pienses antes de seguir leyendo. ¿Crees que puedes encontrar una respuesta a tu pregunta? Intenta al menos antes de seguir leyendo.

Dejame darte un ejemplo. Supongamos que lanzas dos bolas a la misma velocidad pero a diferentes distancias. Tomaría más tiempo cubrir la distancia más larga para llegar a ese punto en un momento posterior después de que la otra bola haya alcanzado el punto más cercano. Del mismo modo, la luz de una estrella alcanzaría un planeta más cercano a ella en un momento anterior a uno más alejado de ella. Esto significaría que si la estrella explota, la luz que da la indicación visual del evento se ve en un período posterior después de que el evento haya ocurrido. La brecha de tiempo entre estos dos eventos podría variar desde una cantidad muy pequeña de tiempo hasta años, según la distancia. Del mismo modo, un objeto aún más alejado vería el evento en un momento posterior. Ahora se aborda su primera pregunta.

Ahora a tu segunda pregunta

Si un reloj se mantiene estacionario en la Tierra y un reloj similar de marca similar y se hace el mismo tiempo para orbitar la Tierra a una velocidad muy rápida, entonces los tiempos de ambos relojes cambian.

Aquí la dilatación en el tiempo no es aparente y no se debe al estímulo visual, aquí es real. El tiempo se ralentiza en el objeto que experimenta una fuerza gravitacional menor. Esto se debe a que cuanto mayor es la fuerza gravitacional en un cuerpo, más rápido pasa el tiempo para ese objeto en relación con otro objeto que experimenta una fuerza menor. Permítanme mencionar el ejemplo que dio Stephen Hawking con algunas de mis propias modificaciones. Supongamos que te expulso de mi nave espacial en un agujero negro porque me has estado molestando para que te explique sobre Time Dilation. Ahora, mientras caes en el agujero negro, configuré un dispositivo de rastreo en ti para enviar señales a mi nave espacial cada segundo. También hice lo mismo con mi nave espacial para enviarle señales.

A medida que te acercas al agujero negro, descubres que recibes señales de mí cada vez más rápido. Al principio, sabría que está en intervalos de 1 segundo, pero luego disminuiría a intervalos de 0.9 segundos y continuaría disminuyendo hasta que comience a recibir señales a intervalos realmente pequeños de 0.0001 segundos, lo que se volvería aún más frecuente. De vuelta en la nave espacial, sin embargo, me daría cuenta de que los intervalos en las transmisiones desde usted continúan aumentando primero, fueron 1 segundo, luego 1.3 y luego continuaron y aumentaron hasta que en un punto dejé de recibir las transmisiones porque me está tomando un tiempo infinito. Aquí el tiempo para ti es lento, pero sientes que todo lo que te rodea se está acelerando desde 1 segundo, ya que siempre será 1 segundo. Sin embargo, aquí básicamente el tiempo absoluto pasa muy lento para usted, pero no lo siente, por lo que le da el efecto de que el tiempo pasa muy rápido. Ahora eso es lo que llamo atrapar dos pájaros de una vez. Aclaré tu duda y me deshice de un miembro problemático de la tripulación.

Comencemos con una cita de la literatura actual con respecto a los diferentes conceptos del tiempo según los físicos.

“La física es la única ciencia que estudia explícitamente el tiempo, pero incluso los físicos están de acuerdo en que el tiempo es una de las propiedades más difíciles de entender de nuestro universo.

En la ciencia en general, el tiempo generalmente se define por su medición: es simplemente lo que lee un reloj. La física en particular a menudo requiere niveles extremos de precisión en la medición del tiempo, lo que ha llevado a la exigencia de que el tiempo se considere como un continuo lineal casi infinitamente divisible.

Se han explorado varias concepciones y aplicaciones diferentes del tiempo a lo largo de los siglos en diferentes áreas de la física, y veremos algunas de ellas en esta sección.

En la física no relativista o clásica, el concepto de tiempo generalmente utilizado es el tiempo absoluto (también llamado tiempo newtoniano después de su defensor más famoso), tiempo que es independiente de cualquier perceptor, progresa a un ritmo constante para todos en todo el universo , y es esencialmente imperceptible y de naturaleza matemática. Esto concuerda con la experiencia cotidiana de la mayoría de las personas sobre cómo fluye el tiempo.

Sin embargo, desde el advenimiento de la relatividad a principios del siglo XX, el tiempo relativista se ha convertido en la norma dentro de la física. Esto toma en cuenta fenómenos como la dilatación del tiempo para objetos que se mueven rápidamente, la dilatación del tiempo gravitacional para objetos atrapados en campos gravitacionales extremos y la importante idea de que el tiempo es realmente solo un elemento del espacio-tiempo de cuatro dimensiones.

La mayoría de los físicos están de acuerdo en que el tiempo tuvo un comienzo y que se midió a partir de The Big Bang hace 13.800 millones de años. Si, cómo y cuándo el tiempo podría terminar en el futuro es una pregunta más abierta, dependiendo de las diferentes nociones del destino final del universo y otros conceptos alucinantes como el multiverso “.

Ahora pasemos a nuestros experimentos de pensamientos y especulemos sobre la naturaleza del tiempo. Hemos argumentado que todas las partículas subatómicas y espaciales que, para el caso y la estructura del espacio, tienen núcleos hechos de singularidades giratorias a la velocidad de la luz. Cada giro de las singularidades es equivalente a un tiempo de Planck y forma una unidad cósmica de tiempo de medición. Esto significa que el tiempo se cuantifica y se compone del flujo continuo de estos segundos cósmicos. Esta definición del tiempo es independiente de los observadores o de los objetos que se observan. No se dilata ni cambia ya que se basa en la velocidad constante de la luz y los radios de longitud de Planck constantes de las singularidades.

Usando esta definición del tiempo, sugerimos que la dimensión del tiempo es el flujo constante de las instantáneas del “Ahora Tiempo” de las posiciones y actividades de todas las cadenas de energía que forman el universo entero. Son independientes de los observadores.

Aceleración y dilatación del tiempo.

Sin embargo, el tiempo relativista propuesto por Einstein depende del número de instantáneas observadas de un evento dado. Por lo tanto, el tiempo no es independiente de la velocidad y el movimiento entre el observador y los eventos observados. Por lo tanto, desde el punto de vista de dos observadores diferentes, el tiempo depende del número de “instantáneas actuales” recibidas en cada una de ellas. Una persona que acelera a una velocidad muy alta lejos de la Tierra, mientras que la otra está trabajando en su laboratorio, recibiría un número diferente de las instantáneas cósmicas del tiempo actual, de ahí la diferencia en las mediciones de tiempo. Dado que la velocidad de los fotones que transportan las imágenes es igual a la velocidad constante de la luz, entonces debemos permitir la dilatación del tiempo para explicar esta diferencia. Usando esta terminología podemos decir que la dilatación del tiempo significa que se reciben menos instantáneas ahora.

Las instantáneas de secuencia del caballo son, en efecto, la dimensión de tiempo asociada con el espacio ocupado por el caballo.

De acuerdo con la exposición a continuación, desde el marco de referencia local del reloj azul, mientras el reloj rojo está en movimiento a alta velocidad, se percibe como un tictac más lento, es decir, el observador que se encuentra cerca del reloj azul recibe menos instantáneas del reloj rojo. reloj relativo al azul.

La gravedad también conduce a la dilatación del tiempo según la definición relativista del tiempo.

Como hemos visto, la gravedad es una compactación / distorsión en la geometría de la estructura del espacio. Por ejemplo, a nivel de un agujero negro, es decir, más allá del horizonte de eventos, la compactación en las partículas espaciales es tan grande que ningún fotón puede escapar de la gravedad y finalmente es absorbido por la masa del agujero negro. Por lo tanto, cuanto más compacta esté la estructura del espacio, mayor será la gravedad relativa y menor será la velocidad aparente del fotón. Dado que la velocidad real del fotón es la velocidad constante de la luz, esta lentitud se debe a la dilatación del tiempo. Esto debe significar que el observador está recibiendo menos o ninguna “instantáneas nor-time” de esa ubicación, dependiendo del nivel de gravedad. Como ninguna luz puede alcanzarnos desde cualquier área más allá del horizonte de eventos, los físicos dicen que “el tiempo se detiene en el nivel del agujero negro”. En realidad, los hiladores siguen girando a la velocidad de la luz dentro del agujero negro y el tiempo cósmico no se ha detenido. Lo que se detiene es nuestra capacidad de observarlo.

La velocidad de la luz es

La velocidad de la luz es independiente del marco de referencia, es un resultado en el que se basa la teoría de la relatividad especial.

Permítanme ilustrar esto con un ejemplo:

1. Para objetos normales: suponga que un automóvil se está moviendo a 30 m / sy usted está corriendo detrás de él a 5 m / s, para usted el automóvil aparecería a una velocidad de 25 m / s.
2. Para luz: suponga que se mueve a 1.5 * [matemática] 10 ^ 8 [/ matemática] m / s. Si luego emite un haz de luz frente a usted, esperaría que la velocidad de separación entre la luz y usted sea 1.5 * [matemática] 10 ^ 8 [/ matemática] clásicamente. ¡Incorrecto !, la velocidad de separación seguiría siendo 3 * [matemáticas] 10 ^ 8 [/ matemáticas] m / s. Sí, si tiene un cronómetro en la mano, luego de exactamente un segundo (para usted) la separación entre el haz de luz y usted sería 3 * [matemática] 10 ^ 8 [/ matemática] metros.

¿Cómo es esto posible?

Podríamos sentir la tentación de pensar que la luz se acelera, pero eso está mal ya que la velocidad de la luz en el vacío es una constante universal derivada del uso de las leyes de la electrodinámica y es 3 * [matemáticas] 10 ^ 8 [/ matemáticas] m / s. La respuesta a esta pregunta radica en el hecho de que lo que puede ser un segundo para usted mientras se mueve puede ser más de un segundo cuando no se está moviendo en relación con un marco de referencia. El tiempo en realidad se ralentiza mientras te mueves y que mis amigos es una dilatación del tiempo para ti. La matemática de esto es bastante fácil y un estudiante de secundaria puede comprender y resolver fácilmente problemas de relatividad especial. El tiempo se ralentiza por un factor llamado factor lorentz

donde el tiempo [matemático] T_A [/ matemático] transcurrió en el marco estacionario y el tiempo [matemático] T_B [/ matemático] transcurrió en el marco móvil.

Nota: Esta fue una dilatación del tiempo debido a la relatividad especial. La dilatación del tiempo también se observa alrededor de cuerpos extremadamente masivos y que es una consecuencia de la relatividad general sobre la que no tengo el conocimiento suficiente para responder. Además, esta fue una imagen muy simplista para explicar a un principiante. Algunas de mis referencias, como mover y estacionaria, son utilizadas por físicos y expertos con la debida atención a los marcos de referencia.

Firmando

Deepankar Sachdeva

¿Cuál es el significado de la dilatación del tiempo?

La dilatación del tiempo podría ser el aspecto más contraintuitivo de la relatividad. Aquí está el efecto práctico (dejaré explicando el razonamiento detrás de cómo funciona a alguien con una mejor comprensión de la física y las matemáticas):

Tome dos relojes extremadamente precisos, relojes que serán precisos en una pequeña fracción de segundo, y configúrelos exactamente al mismo tiempo. Si estos dos relojes permanecen juntos, su tiempo mostrado coincidirá con el límite de su precisión.

Pero si un reloj se deja estacionario en la Tierra mientras su gemelo se coloca en un cohete y se lanza al espacio, acelerando a una alta fracción de la velocidad de la luz, digamos, más del 99%, y regresando, cuando vuelve a la Tierra, los dos relojes ya no estarán sincronizados. El reloj de viaje mostrará menos tiempo que el reloj estacionario.

Esa diferencia es la dilatación del tiempo. Así es como funciona en relojes, personas, plantas y cualquier proceso que cambie con el tiempo porque el tiempo pasará de manera diferente en lo que en términos de relatividad se llama dos “marcos de referencia”, es decir, un marco de referencia que experimenta una aceleración que otro no . Esto no es conjetura ni ningún tipo de suposición. La dilatación del tiempo ha sido probada usando marcos de referencia con diferencias cuidadosamente medidas en la aceleración que produjeron precisamente los diferenciales de tiempo predichos por la relatividad usando trenes de ferrocarril, aviones y cohetes. Si bien ninguno de estos experimentos alcanzó una fracción significativa de la velocidad de la luz, la precisión de los instrumentos de medición, tanto de la aceleración como de la diferencia de tiempo, fue tal que la muy pequeña dilatación fue detectable.

Las historias de ciencia ficción han explorado y explotado la dilatación del tiempo de muchas maneras. Time for the Stars de Robert Heinlein utilizó gemelos unidos telepáticamente para demostrar gráficamente dos marcos de referencia que eran fácilmente comparables a través de grandes distancias. Tau Zero de Poul Anderson describe una nave espacial que utiliza un motor Ramjet de Bussard que es capaz de una aceleración constante y alta que habría hecho un viaje interestelar a otra estrella que, para las personas en la Tierra, habría estado en tránsito 33 años, pero para las personas a bordo de la nave espacial, solo tomaría 5 años. La nave espacial experimenta un problema en la transición de acelerar a desacelerar y termina acelerando, lo que hace que el factor de dilatación del tiempo aumente y aumente. Sospecho que la física en la historia ha sido revisada en detalle desde que salió en 1967, pero el principio básico de la dilatación del tiempo aún se mantendría incluso si la tecnología postulada se ha visto socavada si no está totalmente socavada.

La dilatación significa que algo cambia de tamaño, generalmente se agranda. La dilatación del tiempo es el estiramiento del tiempo o la distorsión del tiempo.

Para comprender la dilatación del tiempo como lo describe la Relatividad Especial, debemos entender que Einstein rechazó la “adición de velocidades” bajo la mecánica clásica. Si camino desde la parte de atrás hasta la parte delantera de un tren a 3 mph, y el tren viaja a 60 mph, entonces el sentido común me dice que mi velocidad relativa al suelo es de 63 mph. Esto es cierto.

Pero Einstein observó que la luz no hace esto. (Ver el experimento de Michelson-Morley en Wikipedia).

La idea es que la luz gane velocidad si se mueve desde la superficie de un cuerpo en el espacio que se mueve en la misma dirección que la luz. No lo hace. Entonces, si la luz no se acelera, otra cantidad debe compensar. Einstein demostró que, de hecho, la mayoría de las otras variables cambian para compensar que la luz permanezca igual.

Las dos primeras cosas que Einstein demostró que cambiaron son la distancia y el tiempo.

Tomemos el caso de alguien parado en el suelo junto a unas vías de ferrocarril con una linterna. Tome a otra persona parada en la cima de un tren de alta velocidad con el mismo tipo de linterna. El tren y la persona en el suelo miran en la misma dirección. En el instante en que el tren pasa y que ambas personas están paralelas, ambas hacen clic en sus linternas. Podríamos esperar que el haz de luz de la persona en el tren vaya más rápido que el haz de luz de la persona en el suelo. No lo hace.

Para que la luz que se mueve a la velocidad c brille a la misma velocidad, algo tiene que moverse más rápido para la persona en el suelo o algo tiene que moverse más despacio en el tren. Algo tiene que cambiar si la luz se mide a la misma velocidad.

Lo que cambia es el reloj de la persona. Según lo visto por la persona en el suelo, el reloj de la persona en el tren se ralentizará. No solo el reloj, sino que el tiempo mismo se ralentizará. La persona en el corazón del tren latirá más lentamente. La persona envejecerá más lentamente. La persona se moverá en cámara lenta. Pero para la persona en el tren, todo parece normal y a velocidad y tiempo normales.

El efecto de un observador al ver que el tiempo se ralentiza, de modo que la luz no se acelera por encima de la velocidad de c, se denomina dilatación del tiempo.

Este efecto es real. Una prueba es una partícula subatómica llamada Muón. Vive durante 2.2 ms cuando se ve en rayos cósmicos en una cámara de nubes. Sin embargo, en el acelerador Brookhaven AGS a fines de la década de 1990, la partícula cuando se aceleró al 99.94% de la velocidad de la luz vive más de 60 ms.

Hay otros experimentos anteriores con relojes atómicos en aviones que también prueban este efecto. Experimento Hafele y Keating 1972

Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento

Este es el mejor video para ver sobre la dilatación del tiempo a continuación en you-tube.

Es simple y fácil de entender.

En este otro experimento mental que podría ayudarlo a comprender más sobre la dilatación del tiempo, es posible duplicar la tasa de dilatación del tiempo que obtendría, porque no es posible viajar más rápido que la velocidad de la luz.

Envié el experimento mental por correo electrónico a un físico de la Universidad de Princeton y él confirmó que era correcto.

Él dijo: “Estaba haciendo un estilo libre con las leyes de la física”.

Ahora bien, este experimento no es práctico, y es tan imposible de suceder como viajar más rápido que la luz, pero es una forma de duplicar la tasa de dilatación del tiempo.

Digamos que hay tres gemelos idénticos, llamados gemelos A, gemelos B y gemelos C, y todos tienen la misma edad de 20 años.

El gemelo C vive en la tierra, el gemelo B está en un cohete que viaja a la velocidad de la luz, y el gemelo C está en un pequeño cohete, lo suficientemente pequeño como para caber dentro del cohete más grande del gemelo B.

Si el gemelo B viaja durante 1 año a la velocidad de la luz en su cohete, desde la perspectiva del gemelo B, su hermano, el gemelo A en la tierra será 70.4 años mayor debido a la dilatación del tiempo.

Entonces, después del viaje, el gemelo B tendrá 21 años y el gemelo A tendrá 90.4 años más.

Ahora bien, esta es la parte complicada, imagine por un minuto que el cohete del gemelo B es realmente grande y horizontalmente, lo suficientemente largo como para que su hermano gemelo C viaje a la velocidad de la luz dentro del cohete del gemelo B, en dirección oeste.

Entonces, lo que va a suceder es que el gemelo C ya está siendo transportado a la velocidad de la luz, en el cohete del gemelo B en dirección norte, por lo que a medida que viaja a la velocidad de la luz en dirección oeste está obteniendo el doble de dilatación del tiempo Velocidad.

Recuerde que el gemelo C ya está siendo transportado a la velocidad de la luz, ya que viaja a la velocidad de la luz en dirección oeste dentro del cohete del gemelo B, esto es lo que duplica la tasa de dilatación del tiempo.

O simplemente podría imaginarse que el círculo negro (a continuación en el diagrama para que vea) es el camino gemelo C que viaja a la velocidad de la luz en círculos largos dentro de una nave espacial horizontal muy grande y muy larga si esto es más fácil.

Si el gemelo C viaja durante un año desde su perspectiva, su hermano gemelo B tendrá 90.4 años y su hermano en la tierra el gemelo A tendrá 160.8 años.

Si el gemelo A pudiera vivir para ser 160.8, eso es.

Totalmente poco práctico, pero funciona, y es una forma de duplicar la tasa de dilatación del tiempo sin viajar más rápido que la luz.

De acuerdo con el principio de la relatividad, las cosas que van rápidamente o en un gran campo gravitacional se desaceleran.

La teoría en realidad es anterior al trabajo de Einstein. La primera pista vino de Oliver Heaviside en 1889, que se tomó como George Fitzgerald para explicar el resultado nulo del experimento del viento etéreo de Michelson-Morley de 1887. Mientras tanto, Hendrik Lorentz estaba trabajando en la misma línea.

La teoría de la contracción de la longitud y la dilatación del tiempo fue presentada en detalle en 1892 por Lorentz y se conoce como la ‘Contracción Fitzgerald-Lorentz’. Esto fue abordado por Einstein en sus documentos de 1905 sobre ‘Relatividad especial’. Como suele suceder, Heaviside recibió poco crédito.

Lorentz explicó el resultado del viento del éter al afirmar que el aparato se hizo más corto cuando se movió a través del éter y que el tiempo también se ralentizó (dilató). Calculó el factor que relaciona la velocidad a través del éter con la cantidad de contracción y dilatación.

Einstein explicó en 1905 que esta contracción / dilatación era una consecuencia de principios físicos básicos junto con el supuesto de que la velocidad de la luz era la misma en todas partes. Escribió un libro popular muy claro sobre Relatividad en 1920, que se encuentra fácilmente en línea; The Special and General Theory y te recomiendo que lo leas.

Del libro (mi versión):

Imagine 2 experimentadores en naves espaciales que vuelan rápido a través del espacio. Cada uno tiene un reloj para medir el tiempo transcurrido y una varilla de medición para encontrar longitudes. Si están en reposo uno con respecto al otro, sus relojes y varillas coincidirán. Sin embargo, si se mueven rápidamente uno con respecto al otro, notarán que el reloj de los demás funciona lentamente según su reloj. Por supuesto, el otro dirá lo mismo sobre el reloj original. Lo mismo sucede durante la aceleración relativa pesada y en campos gravitacionales fuertes. Esta es la dilatación del tiempo.

Desde la década de 1960 en adelante, la dilatación del tiempo ha demostrado ser real y de acuerdo con las predicciones de Einsteins. Los experimentos habituales se han desarrollado a partir de relojes atómicos que vuelan alrededor de muchos relojes atómicos en órbita. La presentación de diapositivas vinculada a continuación da ejemplos.

La contracción y la dilatación solo se vuelven notorias a velocidades cercanas a la de la luz o el campo gravitacional es alto. Sin embargo, se puede notar si sus relojes son buenos y experimenta: http://www.leapsecond.com/ptti20 …

Imagina que estás sentado en un tren en una plataforma de ferrocarril y estás observando un reloj de pared en la plataforma. Cuando el tren está en reposo, el tiempo que observa en el reloj de pared y el tiempo que ha transcurrido según usted (es decir, según su reloj de pulsera, por ejemplo) son los mismos.

Ahora, ¿qué pasa si el tren comienza a moverse a cierta velocidad? La luz reflejada por el reloj de pared tarda un poco más de tiempo (según su reloj de pulsera) para llegar a su ojo. Pero como la luz es muy rápida en comparación con cualquier otra cosa (y mucho menos el tren), no se observa ninguna diferencia.

Luego, considere el tren moviéndose a una velocidad muy alta, cercana a la velocidad de la luz. Esto dificulta que la luz reflejada por el reloj de pared en la plataforma se ponga al día: tarda un poco más ‘más’ (según su reloj de pulsera, nuevamente). En otras palabras, el reloj parece estar funcionando “más lento”. Si el tren comienza a moverse A la velocidad de la luz, observará que las manecillas del reloj de pared en la plataforma están estacionarias. Esto es lo que se conoce como ” dilatación del tiempo “: el entorno parece funcionar “más lentamente” cuando el marco de referencia del observador se mueve a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.

Según tengo entendido, es la fiesta que ha experimentado una aceleración que es “diferente”.

Considere la paradoja de los gemelos: el gemelo en la nave espacial ha envejecido más lentamente en relación con el gemelo que se quedó en casa. El acelerado gemelo observó que los relojes en la tierra iban más y más rápido a medida que aceleraba. Luego, cuando desaceleró, observó que los relojes terrestres se desaceleraron hasta que coincidieron con los suyos nuevamente.

Del mismo modo, la gente en la tierra vio que los relojes de la nave espacial parecían ralentizarse a medida que aceleraba, y volver a acelerar a medida que desaceleraba a su regreso.

Todas las observaciones fueron correctas. La gente de la nave espacial nunca observó que sus propios relojes hicieran nada. Lo mismo con la gente en casa. Todos los observadores vieron que la velocidad de la luz seguía siendo la misma. Pero solo a la nave espacial se le aplicó la fuerza para cambiar su aceleración.

En primer lugar, no hay forma de ver un reloj en un marco diferente en tiempo real. La única forma de ver un reloj es mirarlo, lo que significa que siempre habrá un retraso debido a la propagación de la luz.

En segundo lugar, cuando consideramos el paso del tiempo, dentro de un marco el paso será el mismo, ya sea un reloj mecánico, un reloj atómico, un reloj de arena, etc.

Para darle una visión general de alto nivel, lo que siempre debe recordar es esto: si decimos que dos relojes están sincronizados, intuitivamente pensamos en eso como una propiedad de los relojes y si de alguna manera se desincronizan, debe haber algún efecto de fuerza en ellos. Esto no es correcto. Las propiedades como la sincronización pertenecen al marco desde el cual se observan los relojes, no a los relojes en sí. Por ejemplo, un observador puede considerar que el evento A ocurre antes del evento B, y luego saltar a un marco diferente desde el cual toda la evidencia insistirá en que B vino antes que A. Del mismo modo, si un reloj saliente de la Tierra está sincronizado con un reloj que permanece en la tierra, si el reloj enviado regresa, necesariamente estará en un cuadro diferente del que comenzó, y en este nuevo cuadro no se sincronizará con el reloj de tierra.

En la teoría de la relatividad, la dilatación del tiempo es una diferencia de tiempo transcurrido entre dos eventos, medido por observación, ya sea en movimiento relativo entre sí o situado de manera diferente de una masa o masas gravitacionales.

EJEMPLO: –

Se puede medir un reloj en reposo con respecto a un observador para marcar a una velocidad diferente en comparación con el reloj de un segundo observador. Este efecto no surge ni de los aspectos técnicos de los relojes ni del tiempo de propagación de las señales, sino de la naturaleza del espacio-tiempo.

Asumiremos que ya sabe que el movimiento afecta el tiempo. Según la relatividad, alguien que se mueva con respecto a usted contará menos tiempo en su reloj que usted.

Una respuesta simple es incorrecta pero lleva a la teoría. La razón por la que Lorentz dedujo lo que se llama factor de cambio (la cantidad por la que la otra persona es diferente) se basa en el movimiento de una onda a través de un medio. Esto se llama onda mecánica porque es solo una compresión de alguna sustancia que solían llamar éter. (Muy diferente de la teoría moderna de la luz)

Una ola mecánica siempre va a una velocidad específica relacionada con su medio, por lo que las olas en su taza de café en su automóvil se mueven de acuerdo con el café, no con el camino afuera.

Bueno, ahora imagina que estás en un bote en el océano y estás midiendo cuánto tiempo le toma a una ola pasar tu bote. Si se está moviendo a través del medio (el agua), la ola puede tardar más o menos tiempo en pasar porque las olas se mueven a la misma velocidad en el medio para que pueda alcanzarlas o atravesarlas rápidamente.

Si alguna vez has visto un estanque, sabes que las olas pueden ir en diferentes direcciones a la vez. Si había dos conjuntos de olas que se cruzaban y atravesaban el uno al otro y viajaba hacia un conjunto y se alejaba del otro conjunto de ondas, entonces, a medida que medía cuánto tiempo tardó una ola en pasar su bote, los que van en su dirección podrían tomar mucho tiempo y los que te diriges pasarían rápidamente.

Ahora imagine por un momento que la luz era una onda mecánica en un medio como solían pensar. Es como las olas de agua de las que hemos estado hablando. Si sabe que todas las interacciones en el universo son ondas y particularmente ondas electromagnéticas (luz), entonces debe darse cuenta de que cuando empuja un átomo y luego empuja al siguiente, las fuerzas que los separan y les permiten empujarse entre sí también debe viajar en olas.

Esto significa que hay un retraso de tiempo en los niveles más pequeños. Un retraso súper extra-loco-pequeño … pero está ahí. (no hay tal cosa como perfectamente rígido) Incluso los engranajes en un reloj tienen que flexionarse un poco y eso tiene que extenderse de átomo a átomo.

Aquí está el pateador:
Si eres ese bote (o algo) que se mueve a través de ese medio y necesitas interactuar con algo distante (por ejemplo, el frente del bote desde atrás) con olas que tienen que viajar a través del medio estacionario, el tiempo que toma la comunicación es va a ser muy diferente de un bote estacionario.

¿Qué significa todo esto? Dos átomos (parte delantera y trasera del bote) viajan a través de un medio y luego intentan empujarse y tirarse unos sobre otros con olas que solo pueden mover una cierta velocidad relacionada con el medio. Esa interacción total (aunque el viaje de regreso puede ser muy rápido) siempre terminará siendo mayor (tomará más tiempo) que dos átomos estacionarios a la misma distancia.

El punto es que incluso los impulsos eléctricos que se disparan en su cerebro son electromagnéticos y viajan en ondas y, por lo tanto, se rigen por la velocidad de la luz. Pero cuando te estás moviendo a pesar de que la velocidad de la ola no cambia en su medio, el tiempo que tarda una ola en atravesar una brecha en movimiento sí lo hará. Si aumenta el tiempo total para todas las interacciones atómicas, ha cambiado el tiempo. Es decir, un reloj en movimiento funciona más lentamente. (porque la ola desde atrás tuvo que alcanzar la parte delantera del bote)

Una vez que agrega la relatividad y elimina el medio, la historia cambia bastante pero muchos de los principios siguen siendo los mismos. Realmente se trata de cambiar un poco la situación, pero esa es una historia para un momento diferente.

La conclusión es que el movimiento es relativo a la luz y la luz es una onda, por lo tanto, la relatividad dice que el tiempo se ve afectado por la forma en que se suman los números.

Inferencia simple de dilatación del tiempo debido a la velocidad relativa

El observador en reposo mide el tiempo 2 L / c .

El observador que se mueve en paralelo en relación con la configuración, mide la trayectoria más larga y, por lo tanto, con la misma velocidad de la luz c , mide más tiempo 2 D / c > 2 L / c .
A: ubicación del espejo inferior cuando se genera la señal en el tiempo t ‘= 0.
B: ubicación del espejo superior cuando la señal se refleja en el tiempo t ‘= D / c .
C: ubicación del espejo inferior cuando la señal toca el fondo en el momento t ‘= 2D / c .
La dilatación del tiempo se puede inferir del hecho observado de la constancia de la velocidad de la luz en todos los marcos de referencia.
Esta constancia de la velocidad de la luz significa, en contra de la intuición, que las velocidades de los objetos materiales y la luz no son aditivas. No es posible hacer que la velocidad de la luz parezca mayor acercándose a la velocidad hacia la fuente de material que emite luz. No es posible hacer que la velocidad de la luz parezca menor alejándose de la fuente a gran velocidad. Desde un punto de vista, son las implicaciones de esta constancia inesperada las que quitan las constancias esperadas en otros lugares.
Considere un reloj simple que consta de dos espejos A y B, entre los cuales rebota un pulso de luz. La separación de los espejos es L y el reloj marca una vez cada vez que el pulso de luz golpea un espejo dado.
En el marco donde el reloj está en reposo (diagrama a la derecha), el pulso de la luz traza una trayectoria de 2 L de longitud y el período del reloj es de 2 L dividido por la velocidad de la luz
Desde el marco de referencia de un observador en movimiento que viaja a la velocidad v en relación con el marco de descanso del reloj (diagrama en la parte inferior derecha), el pulso de luz traza un camino en ángulo más largo. El segundo postulado de la relatividad establece que la velocidad de la luz es constante en todos los cuadros, lo que implica un alargamiento del período de este reloj desde la perspectiva del observador en movimiento. Es decir, en un cuadro que se mueve con relación al reloj, el reloj parece estar funcionando más lentamente. La aplicación directa del teorema de Pitágoras conduce a la predicción bien conocida de la relatividad especial:
El tiempo total para que el pulso de luz rastree su camino está dado por
La longitud del medio camino se puede calcular en función de cantidades conocidas como
Al sustituir D de esta ecuación en la anterior y resolver Δ t ‘se obtiene:
y así, con la definición de Δ t :
que expresa el hecho de que para el observador en movimiento el período del reloj es más largo que en el marco del reloj mismo.

“¿Qué es exactamente la dilatación del tiempo?”

Un insecto dealato es un insecto que no tiene alas como resultado de haberlas mordido o frotado. Las hormigas y las termitas hacen esto.

Desalación del tiempo? ¿Perder el tiempo es alas? 🙂 Bueno, perdón por bromear, supongo que te refieres a la dilatación del tiempo. Este es el efecto observado de la expansión o desaceleración del tiempo en sistemas físicos en rápido movimiento, visto desde un observador externo.

De Wikipedia:

David H. Frisch y Smith (1963) midieron aproximadamente 563 muones por hora en seis carreras en el Monte Washington. Al medir su energía cinética, se determinaron las velocidades medias del muón entre 0.995 cy 0.9954 c. El objetivo estaba ubicado en Cambridge, Massachusetts, con una diferencia de altura de 1907 m, que debería ser atravesado por los muones en aproximadamente 6.4 µs. Suponiendo una vida media de 2.2 µs, solo 27 muones alcanzarían esta ubicación si no hubiera dilatación del tiempo. Sin embargo, aproximadamente 412 muones por hora llegaron a Cambridge, lo que resultó en un factor de dilatación del tiempo de 8.8 ± 0.8.

Del artículo: dilatación del tiempo de partículas en movimiento – Wikipedia