¿Cómo funciona un marco de referencia en relatividad?

Tenía exactamente la misma pregunta cuando pensé en este problema, así que le pregunté a mi profesor de física.

Su respuesta fue que el problema con elegir al gemelo B como marco de referencia (porque claramente surge la paradoja cuando elegimos su marco) es que las leyes de la relatividad especial deben tomarse solo en marcos de referencia inerciales (es decir, no acelerando). .


Déjame explicarte lo que esto significa. Dado que el gemelo B comienza desde cero, acelera a algo v , se detiene y luego desacelera con -v , su marco no es inercial y no es elegible.

Usted puede preguntar cuál es la diferencia? El gemelo A está acelerando lejos del gemelo B. ¿Seguramente debe ser lo mismo?

El factor decisivo aquí es preguntar quién está experimentando la fuerza.

Tomar marcos no inerciales causa todo tipo de problemas en física. Por ejemplo, si toma la cabeza como marco de referencia y luego sacude la cabeza, de repente toda la sala (¡todo el UNIVERSO!) Tiene una gran cantidad de energía vibratoria. ¿A dónde va todo? Que toda esa energía desaparezca repentinamente resultaría en la autodestrucción del universo. (Así que por favor no dejes de sacudir la cabeza. Es por el bien de los universos).


Pero, ¿y si dijiste que tomamos un cuadro que ya se mueve con velocidad v ? Uno donde, después de que el gemelo B se mueve hacia el cuadro, su velocidad es cero, y el gemelo A se mueve hacia el otro lado con – v .

La resolución aquí es que para que el gemelo B regrese, necesita moverse hacia atrás con -2 v (en realidad, esto no es cierto porque agregar velocidades cercanas a la velocidad de la luz es un poco más complicado, pero se entiende la idea) .

En su escenario, el gemelo A, de hecho, no se mueve.

El gemelo B que acelera a casi la velocidad de la luz, es el que realmente se está moviendo.
Twin B es el gemelo que experimenta dilatación del tiempo debido a su velocidad.
El gemelo A está quieto. No se ha movido de su posición original.

Parece que está tomando un tercer marco de referencia en el que se mueve a la mitad de la velocidad del gemelo B y observa a los dos gemelos alejarse el uno del otro a velocidades similares.

Para que esto sucediera, Twin A habría tenido que haber aplicado aceleración y haberse movido realmente, en su marco de referencia original.

Como ayuda para la visualización, es común aplicar la dilatación del tiempo al gemelo que acelera.
(¡Entonces obtienes argumentos en el sentido de que la aceleración no tiene nada que ver con eso!)

El problema es que en realidad hay una forma física de notar la diferencia entre los dos gemelos. No son completamente simétricos como supones. La diferencia es que uno de ellos se da la vuelta. No hay marco de referencia donde la ruta de B se vea como una sola línea recta.

Entonces, cualquier cálculo que esté haciendo para calcular la edad de A según B es defectuoso porque B no vive en un solo marco de referencia inercial. De hecho, podemos usar la relatividad especial para calcular las edades, pero no es tan simple como lo está haciendo.

Podría volver más tarde y editar en el cálculo correcto.

Relevante para mi siguiente respuesta de Quora:

La respuesta de Khuram Rafique a Si viaja a la velocidad de la luz durante un día, ¿cuánto tiempo pasa en la tierra?

A continuación estoy copiando esa respuesta:

“Viajé por un día a la velocidad de la luz. Ahora, mientras viajo a esa velocidad , podría viajar físicamente (si fuera posible) o podría pasar el tiempo .

Si tengo que viajar a esa velocidad, entonces (para mí) el tiempo debe detenerse.

Para mí, un día nunca terminará.

Entonces, después de un tiempo infinito cuando mi día terminará en ese momento, el tiempo infinito también habría pasado en la tierra.

Ahora miramos esto desde una perspectiva diferente.

Ahora viajo a la velocidad de la luz durante un día, pero viajé con una estrategia preprogramada. Sé que mientras viajo no podría contar el paso del tiempo. Entonces mi viaje se detendrá automáticamente después de un día terrestre.

¿Ahora que pasará?

Viajé con la velocidad de la luz. En poco tiempo … literalmente en ningún momento … un día pasó por mí. Ahora soy un día más joven que mis terrícolas “.