¿Cómo se puede explicar el espacio-tiempo? ¿Qué es el espacio-tiempo? ¿La dilatación del tiempo?

Es un término confuso, ¿no? ¿Cómo debes imaginar el espacio y el tiempo entretejidos en un continuo? ¿Y por qué? Además de que el tiempo es simplemente una dimensión extra, con ‘cortes’ de espacio para cada momento del tiempo, el espacio y el tiempo también se pueden observar intercambiables , por lo que no deberían verse separados: los segmentos de tiempo se pueden cortar ‘en diagonal’ , en parte a través de lo que otros considerarían ser ‘espacio’.

La cuestión es que las cantidades de espacio se observan de manera diferente, dependiendo de su velocidad relativa. Por supuesto, no puede tener una velocidad con respecto al espacio en sí mismo: necesitamos materia para eso. Entonces, si tuviera dos objetos en el espacio, que no se mueven uno con respecto al otro, pensaríamos que la distancia entre ellos es algo en lo que todos los observadores deberían estar de acuerdo.

Pero alguien que pasa esos dos objetos a una velocidad muy alta, pensará que la distancia entre ellos es menor , entonces alguien que no esté en movimiento relativo. Incluso observará los dos objetos mismos longitud contraída en su dirección de movimiento relativa. Pero el ‘viajero’ no cree que esté viajando en absoluto: para él solo estaba flotando en el espacio, y de repente esos dos objetos pasaron.

Entonces, la constante pitagórica de [matemáticas] \ sqrt {(x ^ 2 + y ^ 2 + z ^ 2)} [/ matemáticas] ya no se mantiene, cuando está en movimiento relativo.

Otra cosa que sucede es que ese tiempo se dilata para algo en relativo movimiento hacia ti. Pero la cantidad de dilatación de tiempo del objeto depende de la velocidad relativa del observador.

Esto puede parecer que ya no hay ninguna constante: nadie está de acuerdo con las distancias, y nadie está de acuerdo con el tiempo transcurrido. Pero hay constantes, y también son pitagóricas. La cantidad observada de paso de tiempo de un objeto en segundos (imagínese mirando su reloj, mientras se tiene en cuenta el retraso de la velocidad de la luz) es igual a su propio paso de tiempo (que es más) menos su vista del espacio pasado en unidades de segundo de luz, para todos: [matemáticas] \ sqrt {(t ^ 2-x ^ 2 + y ^ 2 + z ^ 2)} [/ matemáticas]. La cantidad de espacio pasado para el viajero es igual a su vista en el espacio pasado en segundos claros (que es más) menos su propio paso del tiempo en segundos: [matemáticas] \ sqrt {(x ^ 2 + y ^ 2 + z ^ 2-t ^ 2)} [/ matemáticas].

El resultado de estos cálculos será el mismo para cada observador, incluso si no están de acuerdo con los valores del tiempo pasado y el espacio pasado.

Un aspecto contrario a la intuición de la dilatación del tiempo es que observamos al “viajero” como tiempo dilatado, pero él también nos observará como tiempo dilatado. Además, lo observamos como longitud contraída, pero él también nos observará como longitud contraída. Es muy simétrico en ese sentido.

Esto puede parecer imposible, pero es causado por las diferencias de tiempo observadas (que causan los cortes diagonales en el video) a lo largo del movimiento, combinado con distancias que cambian continuamente (el resultado del movimiento). Los objetos en movimiento relativo, que se miden como longitud contraída, son medidas de distancia entre dos momentos diferentes en el tiempo, como lo ve el propio objeto: el frente se mide en un momento anterior (cuando no estaba tan adelante), y el la parte posterior se mide en un momento posterior en el tiempo (cuando estaba más adelante), aunque estos son momentos simultáneos para el medidor.

El viajero dilatado en el tiempo deducirá momentos simultáneos con nuestros relojes en diferentes momentos de nuestro tiempo, lo que sigue cambiando un poco más temprano en nuestro tiempo, después de haber viajado un poco más (Espacio-tiempo y la Relatividad de la Simultaneidad).

Entonces, estas constantes realmente entrelazan el espacio y el tiempo juntos, por eso lo llamamos “espacio-tiempo”.

‘Espacio-tiempo’ es solo una abreviatura para darse cuenta de que el tiempo es solo otra dimensión como las tres dimensiones a las que estamos acostumbrados. En Relatividad general, las matemáticas lo tratan de esta manera (aunque hay una sutileza de que el tiempo no es COMPLETAMENTE como las otras dimensiones, en el sentido de que solo puedes ir en una dirección).

Resulta, y esto es bastante bueno, que puedes pensarlo así: todo se mueve a través del espacio-tiempo a una velocidad constante, la velocidad de la luz. Si nada de esa velocidad está en las tres dimensiones del espacio (por lo que lo que estás mirando no se mueve con respecto a ti), el objeto se mueve a través del tiempo a la misma velocidad que tú. Si algo de esa velocidad ESTÁ en las tres dimensiones del espacio (y particularmente si es bastante, es decir, el objeto se mueve a una fracción apreciable de la velocidad de la luz), entonces menos puede estar en la dirección del tiempo: el objeto se mueve a través del tiempo más despacio desde su punto de vista. Esto se llama dilatación del tiempo.

(Las matemáticas * no * son tan simples como rotar un vector con una longitud constante en el espacio 4D, que es la forma en que lo he hecho sonar. Esto se debe a la sutileza que mencioné, y es por eso que el tiempo la dilatación solo se vuelve realmente apreciable a una velocidad muy cercana a la de la luz)

El espacio-tiempo es solo historia, considerado como un espacio 4D. Y es útil considerarlo así porque resulta que no hay dos medidas separadas físicamente significativas de tiempo y espacio por separado, solo hay una, llamada Intervalo espacio-tiempo, que es lo que miden los relojes. En realidad, no son malos medidores del tiempo, muestran patologías como la velocidad y la dilatación del tiempo gravitacional (aunque se presenta de esa manera en los tratamientos introductorios), son pequeños odómetros perfectos que miden el intervalo espacio-tiempo a lo largo de su camino. En las presentaciones de “dilatación del tiempo”, la Paradoja Gemela es una sorpresa, pero no debería, es exactamente como se supone que deben comportarse los odómetros (excepto al revés, debido a un cambio de signo clave – vea el enlace de arriba).

Nuestro universo es una sombra 3D en el tiempo de un mundo atemporal 4D. Al igual que cualquier sombra o perspectiva, las distancias de las fotos se distorsionan y la imagen se aplana y se ocultan partes de la imagen. Es como la pantalla de su computadora 2D que muestra una serie de imágenes 2D para dar la impresión de un mundo en movimiento en 3D o 2D. Einstein lo describió como un pastel 4D cortado en rodajas 3D con cada porción representando un momento de tiempo.

El espacio-tiempo es solo un nombre para esos gráficos elegantes que viste prolíficamente en la escuela: “Si A viaja a la izquierda a 40 mph y B está a 60 millas de distancia, y viaja a 80 mph, cuándo y dónde se encontrarán”

Entonces dibuja un gráfico, el ancho es 60, y hace que A aumente de 0 a 40 en una hora, y dibuja esa línea, y B va de (60,0) a 80 a la izquierda de eso en una hora, y donde cruz, es la respuesta.

Bueno, el gráfico es el “espacio-tiempo” newtoniano, y las líneas inclinadas son “líneas mundiales” de A y B.

La diferencia con el “espacio-tiempo” de Einstein es que A y B están envejeciendo a un ritmo diferente al de C (que está parado), y la suma del cuadrado de edad² + distancia² es constante.

Hay algunas otras cosas raras, como cuando B mira a A en física newtoniana, ve a A viajando a 120 mph hacia él. En la teoría de Einstein, B vería a A viajando a una velocidad más lenta. (donde c = 100, la velocidad sería 32 mph).

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