¿Qué significa decir que la distancia entre dos puntos en el espacio-tiempo es [matemáticas] \ sqrt {{dx} ^ {2} + {dy} ^ {2} + {dz} ^ {2} – {c} ^ { 2} {dt} ^ {2}} [/ matemáticas]?

No deberías pensar en ello como una distancia real. Suele denominarse “intervalo espacio-tiempo”.

Parece absurdo si lo piensas como distancia. Por ejemplo, considere dos puntos de espacio-tiempo que están nulos separados , es decir, la distancia espacial entre ellos es exactamente c veces el tiempo entre ellos. El intervalo espacio-tiempo entre ellos es entonces cero. Si piensa en el intervalo espacio-tiempo como distancia, eso significa que tiene dos puntos distintos con una distancia cero entre ellos. Esa no es una forma muy útil de pensarlo.

Aquí hay algunos hechos que son ciertos:

  • El intervalo espacio-tiempo es una determinada función que asigna un escalar basado en el desplazamiento entre dos puntos, y es invariante de Lorentz: todos los observadores inerciales estarán de acuerdo en su valor para un par de puntos dado. Por otro lado, los observadores no están todos de acuerdo en la distancia espacial sola entre dos puntos; depende del marco De hecho, si recién comienza con el postulado de que el intervalo espacio-tiempo así definido es invariable, puede derivar la forma de las transformaciones de Lorentz. Entonces, en cierto sentido, esta definición es la base de la relatividad especial.
  • Una partícula masiva libre toma el camino recto entre dos puntos, que es el camino que maximiza [math] \ int \ mathrm {d} s [/ math], la cantidad total de intervalo espacio-tiempo que atraviesa a lo largo de su camino. Esto recuerda cómo una línea recta minimiza la distancia espacial entre dos puntos en el espacio euclidiano.

Primero postulamos que las leyes de la física funcionan de la misma manera en todas partes y, por lo tanto, la velocidad de la luz es la misma en todos los marcos de referencia. Eso no funcionaría en la geometría euclidiana ordinaria, necesitamos cambiar la forma en que las coordenadas se transforman cuando cambiamos entre dos marcos de referencia que se mueven uno con respecto al otro, esto nos lleva a transformaciones de Lorentz. Resulta que son equivalentes a tener una geometría 4D (3 dimensiones de espacio y 1 dimensión de tiempo) donde el producto escalar de dos vectores es un poco diferente: para v1 = (t1, x1, y1, z1) y v2 = (t2 , x2, y2, z2) su producto v1 * v2 es -t1 * t2 + x1 * x2 + y1 * y2 + z1 * z2, es decir, muy parecido al ordinario pero con un signo menos de tiempo. La magnitud (longitud) de un vector v es una raíz cuadrada de v * v, y esto es lo que es invariable: los observadores en diferentes marcos de referencia estarán de acuerdo en este valor. La distancia ordinaria (sin tiempo) no será invariable, para diferentes observadores en movimiento será diferente (debido a la contracción de Lorentz). Cuando un vector es similar al tiempo, es decir, más parecido al tiempo que al espacio similar (t * t es mayor que x * x + y * y + z * z), esta longitud se denomina tiempo propio, cuando un vector es similar al espacio se llama distancia adecuada Porque hay un marco de referencia en el que estos dos eventos son simultáneos, y este valor se convierte en una distancia normal allí.