Si un fotón viaja a la velocidad de la luz y la dilatación del tiempo a la velocidad de la luz es infinita, ¿significa esto que, desde la perspectiva del fotón, no se necesita tiempo para cruzar todo el universo?

Respuesta corta, se podría decir eso.

Realmente no podemos hablar de lo que sucede a una velocidad relativa de exactamente c, pero podemos ver lo que sucede en el límite, es decir, a velocidades arbitrariamente cercanas a c.

Desde la perspectiva de un objeto que viaja tan rápido como los rayos cósmicos (protones) más rápidos, solo toma unos segundos cruzar la galaxia de la Vía Láctea. (Desde nuestra perspectiva terrestre, lleva unos 100.000 años porque nuestra galaxia tiene unos 100.000 años luz de diámetro). El rayo cósmico de alta energía no experimenta dilatación del tiempo como tal, el tiempo aún pasa a una velocidad de 1 segundo por segundo (la respuesta de Danya proporciona una explicación más profunda). Solo mide la Vía Láctea como unos cientos de miles de kilómetros de diámetro.

Un objeto a esa velocidad se ve a sí mismo como estacionario, y las galaxias del Universo se mueven a velocidades cercanas a c. Así como tú y yo nos vemos como estacionarios.

Bueno, exactamente en c, las matemáticas se descomponen: estamos obteniendo cero dividido por cero. En matemáticas, que alguna función se acerque a algún valor en su límite no le dice absolutamente nada acerca de su valor en el límite, ni siquiera si existe un valor. El hecho de que las longitudes sean cada vez más cortas no significa que lleguen a cero. Como se trata de una teoría matemática, SR no puede decirnos qué sucede en c. Si quieres imaginar que el límite es lo que sucede, entonces sí, lleva cero segundos porque el Universo tiene un grosor cero en la dirección de viaje.

O simplemente podría decir que las ecuaciones de SR se descomponen irremediablemente a velocidades relativas de c, por lo que SR no puede ayudarnos. Y no parece susceptible de experimentar. Y ni siquiera es una pregunta bien formulada o incluso puede convertirse en una, no estoy seguro de que las partículas sin masa puedan tener una “perspectiva”. Así que no tenemos ninguna base para hablar de eso. Cuál es la respuesta correcta, pero no la más satisfactoria.

Esta pregunta se basa en un error fundamental (aunque popular). Esto se debe en gran parte a que la mayoría de las personas no aprenden sobre la relatividad especial desde una perspectiva matemática, y simplemente faltan muchos detalles sutiles e importantes.

Esto es que la dilatación del tiempo solo se puede definir entre dos cuadros inerciales. Un marco inercial es un marco en el que se considera que un objeto está “en reposo”, o en relación con el cual la velocidad puede ser, en principio, cero. Uno puede transformarse entre cuadros inerciales mediante un “impulso de Lorentz”.

Sin embargo, lo que impulsa a Lorentz es que transforman los marcos inerciales en marcos inerciales; Todos los cuadros de inercia tienen velocidades entre sí menores que [matemática] c [/ matemática]. No hay un impulso de Lorentz que pueda poner un objeto en un marco con velocidad [matemática] c [/ matemática] en relación con otro. De hecho, todo lo que se mueve a velocidad [matemática] c [/ matemática] en relación con un cuadro inercial se mueve a velocidad [matemática] c [/ matemática] en relación con cada cuadro inercial. Es decir, algo que se mueve a la velocidad de la luz nunca está en reposo. Lo que significa que no se puede definir un marco inercial que tenga una velocidad [matemática] c [/ matemática] relativa a nada.

Lo que esto significa es que, aunque el límite del factor de dilatación del tiempo como la velocidad tiende a [matemáticas] c [/ matemáticas] (en relación con un marco inercial dado), no hay una manera significativa de discutir cómo se ve algo “desde la perspectiva de un fotón” en relatividad especial (o, para el caso, general). Lo que podemos decir es que la distancia espacio-temporal * del camino recorrido por un fotón (a través del vacío) es cero, pero que la distancia real (y, por lo tanto, la cantidad de tiempo) que recorre el fotón depende del marco de referencia.

Ahora en una nota técnica, las matemáticas que puede usar para parametrizar una ruta a través del espacio-tiempo se pueden aplicar a rutas nulas a través del espacio-tiempo (es decir, rutas similares a la luz) también. En el primer caso, el parámetro que tiene sentido es el tiempo adecuado (si el camino es similar al tiempo, como lo son las trayectorias de todas las partículas masivas), y es único, pero en el segundo el parámetro no es único y depende de un elección del marco de referencia. Si estoy en un marco de referencia y calculo la parametrización para la ruta de un fotón emitido en un punto y absorbido en otro, y usted en un marco de referencia diferente calcula una parametrización para el mismo par de eventos, nuestros parámetros ser múltiplos escalares entre sí, aunque ambos estamos de acuerdo en que la distancia espacio-tiempo entre los eventos es cero.

* La distancia entre puntos en una curva donde [matemática] x [/ matemática] depende de [matemática] t [/ matemática] generalmente viene dada por [matemática] ds ^ 2 = dx ^ 2 + dt ^ 2 [/ matemática], donde [math] ds [/ math] es un elemento de longitud a lo largo de una curva, y [math] dx [/ math] y [math] dt [/ math] son ​​elementos de cambio en [math] x [/ math] y [ math] t [/ math] respectivamente, pero las distancias espacio-temporales son diferentes. Aquí la distancia entre eventos cercanos está dada por [matemáticas] ds ^ 2 = dx ^ 2 – dt ^ 2 [/ matemáticas] (suponiendo unidades tales que la velocidad de la luz, o “tasa de cambio” entre el espacio y el tiempo, sea 1) . En relatividad, las longitudes de los vectores espacio-temporales son invariables entre los marcos de referencia, por lo que una distancia espacio-tiempo [matemática] ds [/ matemática] será la misma sin importar qué marco inercial utilice para calcularlo, para un par de eventos dado. El propio Einstein luego lamentó que no llamó a su teoría la teoría de la invariancia, debido a todos los conceptos públicos erróneos sobre el tema solo por el nombre.

OKAY. No te estoy molestando con las matemáticas detrás de esto. Ahora parece que has leído un poco la relatividad y has llegado a la conclusión de que el fotón no envejece ni un segundo.

Antes de entrar en el análisis, esta teoría trabaja en los siguientes estados.

• Cuando dos sistemas se mueven uno con respecto al otro y si solo estos dos sistemas son observables en el universo, entonces no es posible determinar qué sistema se está moviendo y cuál es estacionario.

• Ejemplo: si hay dos trenes en una plataforma y si uno de los trenes se mueve, el pasajero del otro tren se sentirá como si su propio tren se moviera en la dirección opuesta o viceversa. La persona requiere un sistema adicional, digamos un humano parado afuera del tren en la plataforma para concluir el movimiento del tren.

DILATACIÓN DEL TIEMPO :

( Considerando dos sistemas A y B, en los que A está parado y B se mueve a una velocidad muy alta).

En el caso anterior, el tiempo se ralentiza para B. ” Espera, ¿cómo puedo decir que una tortuga se mueve lentamente sin hacer una comparación con otro animal (por ejemplo, el conejo) “. En este caso, el conejo es A. Este hombre A siente que su tiempo está a una velocidad normal, y en realidad siente que B ha envejecido lentamente. Por el contrario, B siente que ha estado envejeciendo a una velocidad normal y descubre que las otras personas han envejecido rápidamente.

Volviendo a su pregunta si el fotón es su sistema B, el tiempo en realidad no se mueve y el hombre A siente que está envejeciendo a una velocidad normal, mientras que el fotón que viaja a esa alta velocidad parece que no ha envejecido ni un segundo.

Por el contrario, en perspectiva del fotón, el otro tipo se está moviendo en la dirección opuesta y para el fotón parece que envejece a una velocidad normal. Solo en este caso, si el fotón da una vuelta por el universo y se detiene y encuentra a la persona A, sentirá que el tiempo se ha movido lentamente.

Me gustan los experimentos mentales de Einstein y he pensado en la luz de esta manera en términos de “atemporalidad”. Digamos que el diente rojo sangre de un velociraptor hace millones de años reflejó un destello de luz tan intenso que la luz salió de la atmósfera de la Tierra y pudo viajar sin impedimento ni interferencia por el espacio (es un experimento mental, ¿de acuerdo?). Si de alguna manera viajaras junto con esa luz, o si golpeara tu ojo alienígena en un planeta en una galaxia muy, muy lejana, verías ese destello rojo. Vería ese momento en el tiempo de hace millones de años: el destello rojo del diente ensangrentado de la rapaz. En cierto sentido, estarías viendo el pasado porque el fotón no viaja a través del tiempo en el sentido de que tú y yo viajamos a través del tiempo (tenemos pensamientos cambiantes, comemos y dormimos, etc.), pero el fotón no se perturba en sus viajes. en este experimento mental, no lo hace). Uno podría razonar que la única razón por la que el fotón, un objeto sin masa, puede viajar en c es porque en su camino a través del espacio-tiempo se mueve solo a través del espacio y no del tiempo en absoluto.

Por supuesto, un fotón por su naturaleza no puede tener una perspectiva (no puede percibir o tener conciencia en el sentido en que los humanos lo tenemos). Pero digamos que tú o yo estábamos viajando de alguna manera con ese brillo del diente de rapaz. Estaríamos viajando a través del espacio y no en el tiempo en nuestra ruta a través del espacio-tiempo. Entonces no habría percepción del tiempo en absoluto. No es un viaje instantáneo. No es un pasaje infinito que dura para siempre. No es tiempo y no “no es tiempo”.

¡Así es como lo razonaría, pero tenga en cuenta que esta es mi conjetura y que otros pueden tener formas mejores o diferentes de abordar la pregunta! Es una gran pregunta, y al igual que Einstein, aunque soy una sombra en comparación con su brillantez, creo que las visualizaciones son una herramienta crítica de aprendizaje, y pensé que los experimentos en los que jugamos con ideas que van de lo mundano a lo increíble es una excelente manera de investigar La naturaleza de la realidad y de aprender.

Por un lado, nunca puedes alcanzar la velocidad de c usando tus propios relojes y reglas. No importa su velocidad, la luz siempre viajará a c. No porque sea un límite de velocidad mágico por el cual todas las cosas deben obedecer, sino porque a medida que aumenta la aceleración, sus relojes se ralentizan y sus gobernantes se reducen proporcionalmente a la energía obtenida. En cada cuadro que no se mueve en movimiento relativo con respecto a su cuadro, se miden nuevas distancias y tiempos para el camino recorrido por la luz.

La gente simplemente confunde lo proporcional como lo mismo. Para poner esto en perspectiva, mira el segundero de un reloj. Un punto cerca del cubo, que llamaremos marco estacionario, no mide la misma distancia o tiempo que un punto en la punta, el marco de aceleración. No miden la misma distancia o los períodos de tiempo transcurridos, sino arcos proporcionales de tiempo y distancia basados ​​en la energía que tiene cada cuadro debido a su aceleración. Podemos llamar a ambos lo mismo, pero la realidad es que no son más que medidas proporcionales, no las mismas medidas.

Hasta que uno comprenda que la luz no recorre la misma distancia en un marco acelerado en comparación con un marco estacionario, la velocidad de c siempre seguirá siendo un concepto mágico. Las reglas de los cuadros de aceleración se han reducido: ya no se mide la misma distancia. Simplemente no podemos decir dentro del marco mismo esos cambios en nuestros relojes y reglas, incluso si entendemos que esas reglas y relojes cambian.

Realmente no tiene que ver con la dilatación del tiempo, lo que implica una velocidad relativa entre dos marcos de referencia inerciales. La radiación electromagnética es un fenómeno de cuatro dimensiones, es decir, EMR ocupa cuatro dimensiones espaciales en su propio marco de referencia. No tiene dimensión de tiempo y, por lo tanto, ocupa todas las dimensiones espaciales entre emisión y absorción instantáneamente. Para observadores tridimensionales como usted, EMR es lo que se encuentra entre los objetos 3D localizados (materia). El movimiento de objetos 3D a través de 4D EMR da lugar a nuestro concepto de tiempo.

En los marcos de referencia 3D, la emisión y absorción EMR (detección) son eventos separados por tiempo determinados por la separación espacial tridimensional entre el emisor y el detector y la constante de proporcionalidad c (la velocidad lineal de la luz) . El cuadrado de c (la velocidad omnidireccional de la luz) es también la constante de propidad de la relación de energía por unidad de masa que une la energía radiante 4D con la materia localizada en 3D.

La velocidad de la luz no es infinita, es simplemente la más rápida que cualquier cosa puede ser.

Cuando algo se acerca a la velocidad de la luz, su tiempo se ralentiza, y las matemáticas dicen que el tiempo no pasa para los objetos a la velocidad de la luz. Las distancias también se reducen. Cuanto más rápido te muevas, más comprimidas estarán las distancias a tu alrededor.

Sí, los fotones se congelan para siempre en el tiempo.
De hecho, debido a la contracción de Lorentz, todo el universo es un punto desde la perspectiva del fotón.
Lo que tiene sentido, no lleva tiempo recorrer ninguna distancia.

Buena pregunta, aunque me estremezco un poco “en ningún momento para cruzar todo el universo”. Desde la perspectiva de un fotón, el tiempo y / o el espacio no existe. Desde la perspectiva de un fotón, está “en todas partes” a la vez. O es “todo el tiempo” a la vez! Puedo visualizar “en todas partes”, pero “cada vez” es más difícil.

Me gustaría interpretar la relatividad LITERALMENTE, así que llegué a la conclusión de que en un marco de referencia que se mueve a la velocidad de la luz, el eje del tiempo y el eje del espacio convergen, y dado que las líneas paralelas al eje del espacio son simultáneas, desde el principio Hasta el fin de los tiempos se vuelve simultáneo. Y en cuanto a la velocidad aparentemente infinita, si divide la distancia distinta de cero por el tiempo cero, la velocidad es infinita, sin embargo, si divide la distancia cero (debido a la contracción de longitud infinita en c) por el tiempo cero, es finita.

Desde la perspectiva del fotón, no sucede tanto mientras cruza el universo. Pero no está totalmente congelado.

Parece perfectamente razonable definir un marco que se mueva con el fotón. Simplemente no lo llamamos un “marco de inercia”, y no podemos transformarnos en ese marco mediante aumentos. Pero podemos escribir una función significativa como la densidad de energía en función del tiempo en la posición del fotón. Si el fotón emana de una fuente puntual y se extiende, la densidad de energía disminuye con el tiempo. Entonces podemos decir que el fotón tiene un reloj interno.

La fase del fotón está congelada, lo que puede ser confuso.

No.

Los fotones ciertamente experimentan tiempo, como testigos del desplazamiento al rojo cosmológico progresivo por un factor de más de 1000 en lo que ahora es el fondo de microondas.

La razón es que la luz nunca viaja exactamente a c, la velocidad en un vacío clásico teórico. No hay tal vacío. Todo el espacio-tiempo contiene fotones, neutrinos, rayos cósmicos, un poco de hidrógeno y helio y, por lo general, otros elementos y partículas virtuales.

En primer lugar, “cruzar el universo” no es una frase válida, el universo no tiene un tamaño / límite definido. En segundo lugar, la perspectiva del fotón o, más específicamente, su tiempo adecuado en este contexto es siempre cero, independientemente de la distancia recorrida.
Pero como ningún objeto material puede ir a la velocidad de la luz, no es una pregunta muy significativa.

En efecto. Como los fotones viajan al límite de velocidad universal, todo su movimiento se dirige a través de las dimensiones espaciales y ninguno a través de la dimensión temporal.

El tiempo se congela en el límite de velocidad universal, es decir, la dilatación del fotón en el tiempo será infinita en comparación con una partícula que viaja a una velocidad menor que la velocidad de la luz.

Precisamente. Los fotones no envejecen.

Si.

Es bastante fácil de entender, cuando la última pregunta que haces, justo antes de que la entiendas, obtiene una respuesta de una palabra, que te dice que ya la entiendes.

La respuesta corta es “Sí”, pero la dilatación del tiempo no es “infinita”. El tiempo pasa a una velocidad finita y esta velocidad es máxima a velocidad cero y mínima a cero a la velocidad de la luz. Es la tasa de tiempo finita que resulta en el límite de “c”.

Para (aproximadamente) objetos estacionarios, el tiempo pasa a una velocidad de 1.855 x 10 (43) veces de Planck por segundo de nuestro tiempo promedio universal. En “c” no pasa en absoluto para la entidad en movimiento. Esto se debe a que el tiempo es energía y la energía del tiempo se transfiere gradualmente de la progresión temporal a la progresión a través del espacio hasta que todos los tiempos de Planck se usen para el movimiento lineal (de acuerdo con Lorentz, por supuesto). No quedan ninguno para moverte a través del tiempo ya que su número es finito.

El tiempo es finito y esto es lo que la física convencional no se da cuenta. Lo siento, todos ustedes, chicos inteligentes matemáticos que no pueden pensar por sí mismos, pero nos hemos equivocado durante más de un siglo. Qué montón de dumbos somos.

Esta es una forma de interpretar el límite a medida que se acerca a c, pero es más simple decir que un fotón aislado que no interactúa realmente no hace nada, por lo que no hay nada que indique el tiempo.

La velocidad del tiempo no es infinita; se define como c. Entonces, desde la perspectiva de los fotones, necesitará al menos tiempo> 0.

Lo que pides puede ser interesante en relación con el enredo de partículas QM. Toda esa acción no necesita tiempo. No sabemos por qué.

¡Correcto!