Creemos en la dilatación del tiempo por la misma razón por la que creemos en cualquier cosa. Se ha observado, muchas veces. Pero es importante tener en cuenta que la gente creía en la dilatación del tiempo antes de que se observara, e incluso antes de que Einstein publicara la teoría de la relatividad en 1905, porque la dilatación del tiempo y la duración (la “contracción de Lorentz-FitzGerald”) era el único mecanismo que podía explicar La invariancia observada en la velocidad de la luz en el experimento de Michelson-Morley de la década de 1880. De hecho, una de las razones por las que se aceptó la Relatividad fue que derivaba la contracción de Lorentz-FitzGerald como consecuencia necesaria de la invariancia de la velocidad de la luz; anteriormente, se había pensado como un truco para explicar el experimento de Michelson-Morley.
Todo comenzó con Galileo, quien señaló que todo movimiento era relativo. Esto también se observa comúnmente; Si te sientas en un avión que vuela a través de un aire perfectamente suave a 500 MPH, no hay ningún experimento que puedas hacer que demuestre que no estabas sentado en la pista. Y allí, de hecho, te estás moviendo a aproximadamente 1000 MPH con respecto al centro de la tierra, a aproximadamente 60,000 MPH con respecto al sol, y así sucesivamente. Nunca lo notas, porque tienes derecho a considerarte inmóvil.
Una consecuencia del Principio de Galileo (“todo movimiento es relativo”) es que una velocidad no puede aparecer en una ley física, ya que esa velocidad (y por lo tanto ese movimiento) sería absoluta, y debe ser en términos de un marco absoluto de referencia. Sin embargo, en la década de 1860, Clerk-Maxwell publicó su teoría del electromagnetismo, que explicaba todas las observaciones conocidas e hizo una gran cantidad de predicciones que resultaron correctas. Lo más profundo fue que el campo electromagnético se propagó como ondas de luz, y estas ondas se movieron a una velocidad absoluta: la velocidad de la luz. Esto a su vez significaba que tenía que haber un marco de referencia absoluto para el Universo, y la tierra se movía a través de él. Este marco de referencia absoluto se llamó el “éter”.
Así que Michelson y Morley idearon un ingenioso experimento para medir el movimiento de la Tierra a través del éter, que tenía que ser, en algún momento durante el año, mayor que el movimiento de la Tierra sobre el sol. La forma en que lo hicieron fue dividir un haz de luz y enviarlo a lo largo de dos caminos perpendiculares, y luego volver a unir los haces separados. Los caminos estarían en diferentes direcciones hacia el supuesto viaje de la Tierra a través del éter, y cuando se recombinen aparecerían como franjas de un patrón de interferencia. A partir de la velocidad conocida de la luz y del movimiento conocido de la Tierra con respecto al sol, podrían calcular fácilmente un valor mínimo para el tamaño de las franjas.
No vieron nada; las franjas observadas eran menos de 1/40 del mínimo esperado, por lo que Michelson concluyó que la velocidad máxima de la tierra a través del éter era menos de 1/6 de la velocidad de la tierra alrededor del sol.
Esto era un enigma, por lo que los teóricos de la época trataron de explicarlo. El físico irlandés George FitzGerald propuso, sobre la base del acortamiento de las ondas electromagnéticas en la atmósfera, que las longitudes se acortaran en la dirección del viaje a través del éter. Podía calcular, por simple trigonometría, cuánto se debe acortar la longitud para mostrar el resultado nulo del experimento de Michelson-Morley. El físico holandés Hendrik Lorentz señaló que si el tiempo se acortaba en una transformación similar, el experimento de Michelson-Morley, el experimento de Fizeau (que midió el “arrastre” de la luz en el agua) y la “aberración de la luz” (el cambio aparente en la posición de una estrella durante todo el año debido al cambio en la velocidad de la tierra).
Y luego Einstein hizo tres postulados simples: que todo el movimiento era relativo, que la velocidad de la luz era la misma para todos los observadores, y un postulado de que invertir la dirección del viaje no cambiaba la contracción. A partir de estos postulados, utilizando álgebra lineal simple, pudo derivar la contracción de Lorentz-FitzGerald. En resumen, Einstein demostró que si (como se había observado, y como requería el electromagnetismo) la velocidad de la luz era la misma en todos los marcos de referencia, y (como Galileo había postulado, y como se había observado consistentemente) todos los marcos de referencia eran equivalente, ENTONCES se requirió dilatación de tiempo y duración.
En resumen: creíamos en la dilatación del tiempo mucho antes de haberla observado, porque era el único mecanismo que podía explicar varios fenómenos físicos bien conocidos. Originalmente fue considerado como una hipótesis ad-hoc, y la teoría de la relatividad de Einstein fue ampliamente aceptada precisamente porque demostró que esta hipótesis creída pero no entendida era una consecuencia directa de la constancia de la velocidad de la luz.
¿Tiene sentido el concepto de dilatación del tiempo, o simplemente lo creemos porque la teoría general / especial de la relatividad lo hipotetiza?
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Fue durante el primer año de mi graduación de ingeniería cuando estudié STR, después de muchos intentos, finalmente tuve un poco de esta teoría en mi mente, todavía nunca supe de ningún fenómeno que pueda captarse en la vida real, surgió la misma pregunta en el examen, no necesito que diga el resultado. Más tarde pregunté referí algunos otros libros y pregunté al maestro; Aquí está la respuesta que reuní:
En 1935, Hideki Yukawa predijo la existencia de una partícula que se suponía que era más pesada que el electrón y más liviana que el protón. Esta nueva partícula se llamaba Mesón, le fue otorgado el premio Nobel por esto. En 1936, Carl Anderson descubrió los mesones en los rayos cósmicos que bombardeaban la tierra, utilizando la cámara de nubes que utilizó en su descubrimiento anterior de positrones en 1932. Más tarde, se descubrió que los mesones de Anderson eran diferentes de los predichos por Yukawa; por lo tanto, estos mesones ahora se llaman mu-mesones o muones. Más tarde, en 1947, Cecil Powell, César Lattes y Giuseppe Occhialini en la Universidad de Bristol descubrieron otra especie de mesones mediante el uso de emulsiones, cuando fueron bombardeados con rayos cósmicos. De hecho, estos mesones resultaron ser las partículas predichas por Yukawa en 1935, después de este descubrimiento, Yukawa recibió el Premio Nobel. Estas partículas ahora se llaman pi-mesones o Piones.
Se supone que un Muon se origina 9000 m sobre el suelo, el Muon viaja con una velocidad de aproximadamente el 99.8% de la velocidad de la luz y tiene una vida media de aproximadamente 2.19 Micro segundos. Viaja durante unos 30 microsegundos y decae a una altura de unos 600 metros del suelo, teniendo en cuenta las leyes newtonianas, esta anomalía no puede explicarse.
Pero si se ve desde el marco de descanso de Muon, alcanza la altura de 600 metros sobre el suelo antes de descomponerse, en aproximadamente 2 microsegundos. Este fenómeno solo puede explicarse por la teoría de la relatividad especial de Einstein con el tiempo dilatado para Muon y probablemente la contracción de la longitud con respecto al marco de referencia de Muon. También cuando el muón se descompone, obedece a Einstein E = mc2. Supongo que esto es la validación más sutil de la vida real y práctica de la Teoría Especial de la Relatividad … Aunque puede haber más ejemplos que no conozco.
Gracias y saludos
Ajay Singh
La relatividad especial / general hace una serie de predicciones, e invariablemente se observan, pero es importante tener en cuenta que lo que se observa es el resultado de ciertas relaciones matemáticas. La relatividad de Einstein depende de la suposición de que no hay relojes absolutos ni velocidades absolutas, esto surge del experimento de Michelson Morley que no logró encontrar una variación en la velocidad de la luz. La suposición entonces era que la luz tenía que moverse a través del éter, y la velocidad constante de las ecuaciones de Maxwell se refería a la velocidad relativa al éter. Lo que hizo entonces Einstein fue derivar ecuaciones que mostrarían lo que ves si la luz siempre llega a ti a una velocidad constante, sin velocidad de referencia. Esto no requiere posición de referencia ni tiempo, por lo que el tiempo se dilata.
La evidencia observacional de la dilatación del tiempo suele ser la descomposición del muón (la evidencia del GPS a menudo citada podría ser igualmente un efecto espacial). Sin embargo, considere esto con más detalle. Supongamos que comenzamos sin muones, luego en el tiempo t tendremos nt muones, dado por (suponiendo que el número de desintegraciones sea proporcional al número allí)
nt = no.exp (-kt)
Ahora es obvio que obtienes el mismo resultado si k o t están dilatados. k generalmente se considera una constante que refleja la “vida media” del muón, pero el argumento de que tiene que ser constante es puramente arbitrario.
Este es uno de los muchos misterios que se aclaran si acepta la teoría cuántica de campos, que describe un mundo hecho de campos, no de partículas, campos que evolucionan en el tiempo según ecuaciones (relativamente) simples. Entender la dilatación del tiempo (y otros efectos relativistas) de la forma en que se comportan los campos es lo que yo llamo el enfoque “de abajo hacia arriba”, en oposición al enfoque “de arriba hacia abajo” de Einstein, en el que se derivan del “principio de relatividad”. En una versión anterior de esta respuesta, cité un extracto incorrecto de mi libro que trataba sobre el “límite de velocidad” de la luz, lo que explica el comentario de Robert a continuación. Aquí está la cita correcta (ver Comprender la física a través de la teoría cuántica de campos):
Explicación intuitiva . La explicación se basa nuevamente en la naturaleza de campo de la materia, como se describe en las ecuaciones de campo. Considere dos átomos en un cohete. Suponga que el átomo hacia atrás crea una perturbación de campo y cuando esa perturbación alcanza un átomo más hacia adelante, sucede algo. (Es la interacción entre los átomos, después de todo, lo que hace que todo suceda). Para cuando la perturbación alcance el segundo átomo, habrá avanzado más, por lo que la perturbación debe recorrer una distancia mayor que si el cohete fuera estacionario, incluso después de tener en cuenta la contracción FL. Como los campos se propagan a una velocidad fija, la perturbación tardará más tiempo (como se observa desde la Tierra) en alcanzar el segundo átomo. Por supuesto, las perturbaciones que se propagan en la dirección hacia atrás tienen una distancia más corta para viajar, pero este efecto no es tan grande. (Me temo que demostrar esto está más allá de nuestro alcance). En resumen, las cosas suceden más lentamente cuando te mueves porque los campos tienen que recorrer una distancia mayor.
Luego paso a proporcionar una analogía simple para aclarar esto.
La dilatación del tiempo no tiene ningún tipo de sentido común , lo cual es, quizás, por qué se hace esta pregunta. Tiene perfecto sentido científico y se ha medido con mayor precisión que su altura, peso o cualquier otra cosa que pueda medir usted mismo.
Por cierto, los científicos no creen algo porque una teoría lo plantea como hipótesis . Creen algo porque una teoría lo predice Y la predicción ha sido verificada (generalmente varias veces por individuos o grupos independientes). Como otros han dicho, las Teorías de la Relatividad Especial y General han hecho muchas predicciones y todas han sido verificadas con alta precisión (o estamos esperando experimentos más precisos para poder probar con la precisión requerida), y muchos aspectos de La tecnología moderna, que incluye GPS y telecomunicaciones, depende de estas predicciones para funcionar correctamente.
Los astronautas en la ISS (estación espacial internacional) envejecen un poco más lento que tú, debido a la dilatación del tiempo. Pero en realidad no es una fuente de juventud, el tiempo corre un 0,0000000014 por ciento más lento en la estación.
Frecuentemente. En particular, el sistema GPS debe tener en cuenta la relatividad especial y general. Pero ambos se han medido con relojes muy precisos, en circunstancias más mundanas. Relatividad especial al volar relojes alrededor de la Tierra en vuelos comerciales, relatividad general al tener relojes al pie y en la cima de las montañas.
Y los físicos que trabajan en física de alta energía tienen en cuenta la relatividad en todo lo que hacen, es literalmente una rutina para ellos.
El concepto de dilatación del tiempo no tiene ningún sentido. No existe tal cosa en el Universo. Pero en el reino de la relatividad, todo es posible. Aquí creen en la luz en términos de fotones como partículas. La luz se propaga como ondas de energía en billones por segundo, en todas las direcciones. No hay sombra posible si la luz está hecha de partículas, en cualquier dirección. Aceptan la luz como ondas electromagnéticas. Pero hasta ahora nadie en el mundo ha detectado campos eléctricos o magnéticos en ondas de luz. Creemos que el Universo tiene solo una edad. En relatividad, tienen más de uno. La relatividad proviene de los ojos de los espectadores. La mayoría de las cosas en la relatividad depende del observador. No existe tal cosa en el Universo. El tiempo fluye igualmente a través del Universo. Creen que la energía y la masa son lo mismo. Hay muchos tipos de energía. Nadie sabe cómo convertir energía en masa, incluso después de más de 100 años. También creen que el tiempo se detiene a la velocidad de la luz. En otras palabras, la luz tiene velocidad infinita? El tiempo no se detiene a la velocidad de la luz. La velocidad de la luz no es constante en todo el Universo. La longitud de onda, la frecuencia y la amplitud de las ondas de luz deben permanecer iguales durante toda su vida. Si no, su velocidad no puede permanecer igual. Todavía no han encontrado luz azul desplazada de las galaxias más lejanas si la luz puede permanecer igual a lo largo de su viaje. Para el efecto Doppler, la fuente debe existir físicamente y moverse. Sabemos que las estrellas azules son jóvenes y las estrellas rojas son viejas. Entonces podemos decir que no hay dilatación del tiempo en el Universo. El tiempo no cambia como el deseo de los observadores. El universo funciona por sí solo. Ningún observador puede cambiar el funcionamiento del Universo.
Vemos dilatación del tiempo en rayos cósmicos. Cuando los rayos cósmicos golpean la atmósfera superior, crea partículas de corta vida pero de rápido movimiento. Al saber dónde se crearon y cuándo, y qué tan rápido se mueven, podemos ver que esas partículas viven más tiempo cuando se mueven rápido.
Además de las respuestas anteriores, la dilatación del tiempo también se observa (y debe tenerse en cuenta) cuando se comunica o navega en naves espaciales distantes, que se mueven con bastante rapidez en relación con la Tierra, y con velocidades que cambian todo el tiempo como resultado de la movimiento combinado de la nave espacial y la Tierra. La dilatación del tiempo también se observa en experimentos de aceleración de partículas.
También ha habido varios experimentos en los que se realizaron relojes suficientemente precisos y se midió directamente la dilatación del tiempo; ver, por ejemplo, el experimento Hafele-Keating.
Ellos si. El fenómeno debe tenerse en cuenta al diseñar el GPS.
Vale la pena señalar que todas las predicciones hechas por los Términos de Referencia Generales y Especiales se han observado que suceden.
Su GPS lo utiliza, por lo que definitivamente diría que se ha observado.
Hay mucha más evidencia, pero esa es bastante evidente.
La dilatación del tiempo es el corolario del efecto Doppler cuando la celeridad es finita. El efecto debe predecir la dilatación en el frente y la constricción en la espalda.
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