¿Cuál es una explicación intuitiva de por qué los relojes se ralentizan con la velocidad?

Primero, debe aceptar que la velocidad de la luz es constante en cada marco de referencia. No hay una explicación intuitiva para este hecho, ya que es, de hecho, una ley física. Pero no significa exactamente lo que crees que significa.

Verá, el universo es (al menos) de cuatro dimensiones: puede ir hacia arriba, hacia abajo, hacia el este, hacia el oeste, hacia el norte, hacia el sur, hacia el pasado y hacia el futuro. Y siempre lo estás haciendo. Incluso si estuvieras en un cohete sentado fuera de la galaxia sin realmente ir a ninguna parte en particular mientras observas cómo la galaxia retrocede con la expansión del espacio, al menos te estás moviendo del pasado hacia el futuro. No importa qué tan quieto te sientes *, si te sientas lo suficiente, eventualmente te encontrarás mañana.

Pero aquí está la cosa: la velocidad a la que te mueves a través de este universo de cuatro dimensiones (espacio-tiempo) es fija. Eso es lo que significa que la velocidad de la luz sea constante. Estás en un automóvil sin gasolina y sin frenos, sino solo un volante. Puedes dirigirte hacia el futuro (sentándote quieto *) o puedes desviarte en otra dirección, como hacia el norte o hacia abajo. Pero si usa algo de su velocidad para dirigirse hacia el este, no puede llegar al futuro tan rápido. Y si usa toda su velocidad para moverse en una de las direcciones espaciales, no puede moverse hacia el futuro en absoluto. Es por eso que un fotón, usando toda su velocidad para moverse a través del espacio a la velocidad de la luz, no experimenta el tiempo adecuado.

Por lo tanto, no es que su reloj se esté desacelerando: el reloj en el tablero de su auto espacial parecerá funcionar al mismo ritmo que siempre, un segundo por segundo. Es solo que ya no conduces derecho. Después de haber utilizado gran parte de su velocidad para llegar muy lejos hacia el este (o incluso hacia el este y hacia abajo al mismo tiempo, si lo desea), no puede dirigirse al siguiente segundo o al siguiente tan rápido.

(Nota: puede que se pregunte “si la velocidad es la distancia recorrida en una cierta cantidad de tiempo, y el tiempo es una de las” distancias “por las que estoy viajando, ¿cuál es la hora? Bueno, la respuesta es: no No importa. Recuerde: su “velocidad” a través del universo de cuatro dimensiones es constante, por lo que ni siquiera tiene sentido hablar de “qué tan lejos llegó por unidad “. Esta “velocidad” solo tiene dirección, no magnitud significativa).

* en relación con el marco de referencia inercial con el que desea comparar relojes

La razón de arriba hacia abajo, de la que escuchará mucho a pesar del hecho de que en realidad no explica nada directamente, es para satisfacer el principio de relatividad (las leyes de la física son las mismas en cada marco de referencia inercial) junto con El principio de la velocidad de la luz (efectivamente una aclaración que dice que la velocidad de la luz siendo c es una ley de la física para los fines). Sorprendentemente, esto significa que la luz en sí misma se traslada completamente sin cambios desde el electromagnetismo maxwelliano, pero debe haber muchos cambios en las propiedades de todo lo demás con lo que podría medir la velocidad de la luz.

La razón ascendente depende del diseño del reloj. Einstein se enfoca en un tipo particular de reloj usando una cavidad óptica, porque le permite aprovechar el principio de la velocidad de la luz, pero está destinado a ser representativo, y se supone que todos los otros tipos de relojes tienen el mismo comportamiento neto para su Poseer razones muy diferentes.

En particular, un reloj óptico de la cavidad que se mueve transversal al eje de la cavidad corre lento porque la luz tiene que viajar en un camino en zig-zag para alcanzar los espejos. Cuando calcula los detalles, resulta que la luz viaja más lejos exactamente por el misterioso factor [math] \ gamma [/ math] (gamma).

Pero , si mueve un reloj de cavidad óptica paralelo a la cavidad, la luz se mueve en un patrón tipo pespunte que lleva [matemática] \ gamma ^ 2 [/ matemática] tanto tiempo, ¡oh no! El miedo no – la contracción de longitud viene al rescate. Los objetos en movimiento, como el marco para los espejos de la cavidad, se contraen longitudinalmente. Eso cancela el vergonzoso extra [math] \ gamma [/ math]. (El famoso experimento de Michelson-Morley es básicamente una comparación de los relojes de la cavidad óptica en ángulo recto, por lo que la razón de abajo hacia arriba que da un resultado nulo es, por lo tanto, la contracción de longitud pura).

Del mismo modo, un reloj que usa una masa en un resorte funcionará lentamente porque la “masa relativista” (la relación de impulso a velocidad) depende de la velocidad. Y de nuevo, hay detalles ligeramente diferentes para la masa que se mueve transversalmente frente a longitudinalmente.

En términos más generales, sea cual sea el mecanismo de reloj que se te ocurra, habrá una razón única de abajo hacia arriba que se ejecuta lentamente en función de una combinación de todos los nuevos efectos relativistas.

La contracción de la longitud y la dilatación del tiempo son la única forma de mantener constante la velocidad de la luz independientemente del movimiento de la fuente o del observador.

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