¿El tiempo se mueve más lento debido a la gravedad, la velocidad o la aceleración?

Como se indicó en otra respuesta, uno de los dos postulados de la relatividad general es el del principio de equivalencia. El principio de equivalencia nos dice que la presencia de la gravitación es necesaria y suficiente para la aceleración o lo que en matemáticas se conoce como una transformación de impulso (creo que hay otras transformaciones que modelan la aceleración, como la rotación, podría estar equivocado).

La idea del impulso es necesaria y deseable para entender cuando las personas comienzan a hablar sobre las transformaciones de Lorentz entre sistemas de coordenadas, también conocidos como marcos de referencia. Muchas personas, incluso ingenieros y otros expertos, no comprenden las transformaciones de Lorentz confundiendo la velocidad o la velocidad con la causa de la transformación, aplicando así una transformación lineal donde la transformación es realmente exponencial en general. El espacio y el tiempo medidos con respecto a otros sistemas de coordenadas solo se distorsionan bajo el efecto de un impulso. Si no se aplica un impulso y un objeto está en movimiento uniforme, entonces la distancia en el espacio o el tiempo se aproxima a las aproximaciones de Netwonian; La relatividad especial es la teoría particular para describir los marcos de movimiento no acelerados.

La otra cosa a tener en cuenta es que su experiencia de espacio y tiempo con respecto a usted mismo es invariable. Esa es una consecuencia del segundo postulado de la relatividad general, la invariancia de la velocidad de la luz. Es decir, no importa qué tan rápido vaya o cuánto acelere, siempre experimentará el tiempo a una velocidad de un segundo por segundo. Lo que cambia es su experiencia del tiempo de otros marcos de referencia distintos. Del mismo modo, las distancias espaciales que mida en su propio marco de referencia estarán cerca de lo que está experimentando actualmente aquí en la Tierra, pero las distancias que mida con respecto a otros marcos de referencia distintos serán diferentes.

Por ejemplo, en la paradoja de los gemelos, uno de los gemelos acelera hacia un punto distante conocido como Planeta X. El otro gemelo permanece en la Tierra, que está en reposo en relación con el gemelo acelerado. Llamemos al gemelo acelerador, A, y a su hermano B. Atado a la Tierra. A no notará nada inusual sobre el espacio o el tiempo a bordo de su nave, suponiendo que esté bien diseñado y construido, pero cuando A mira a B, A medirá una diferencia en el distancia de la Tierra a A en comparación con la distancia medida de A a B por B. Asimismo, si los gemelos comparan sus relojes, habrá diferencias en la cantidad de tiempo medido entre ellos. El reloj de A parecerá correr lento en comparación con el reloj de B medido por B, y el reloj de B parecerá correr rápido en comparación con el reloj de A. Aunque el reloj de A funcionará a una velocidad normal (un segundo por segundo) con respecto a A, y el reloj de B funcionará a una velocidad normal con respecto a B. A medida que A se acerca al Planeta X y A acelera (aumenta la velocidad), A medirá la distancia entre él y el Planeta X disminuye según la contracción de Lorentz; A medida que A se interrumpe en su aproximación al Planeta X (velocidad de desaceleración y disminución), la distancia entre A y el Planeta X parecerá crecer de acuerdo con la contracción de Lorentz.

En la relatividad general, la gravitación es la causa de la aceleración, y la aceleración es la causa de las transformaciones de Lorentz. Esto se describe en detalle mediante una equivalencia de tensor llamada ecuación de campo de Einstein que, según el informe informal, “el espacio-tiempo le dice a los campos de fuerza (masa y energía) cómo moverse, y la masa y la energía le dice al espacio-tiempo cómo doblarse”.

Espero que responda a su pregunta o al menos le dé una idea de qué mirar para obtener más información.

El tiempo es más rápido o más lento (dilatación del tiempo) no es causado por la gravedad, la velocidad o la aceleración. En realidad, esto es causado por la naturaleza curva del espacio-tiempo y la constancia de la velocidad de la luz. Como somos seres de 3 dimensiones, cualquier cosa por encima de nosotros es casi imposible de visualizar de manera efectiva. Cuando digo que voy a una dimensión superior, lo que quiero decir es que me estoy tomando el tiempo como la 4ta dimensión.
Tomemos cada uno de los casos anteriores y cómo el espacio-tiempo curvo y la velocidad constante de la luz los afectan o causan.


Gravedad:
Imagine el espacio-tiempo como una hoja de extensión gigante en la que se colocan objetos inmensamente masivos como la tierra y el sol. La colocación de tales objetos da como resultado la flexión de la hoja y los objetos más pequeños tienden a caer hacia el objeto más grande debido a esto. Como no podemos ver la dimensión del tiempo y, por lo tanto, solo vemos que la manzana cae sin que se vea nada tirando de ella. Entonces, para responder a esta discrepancia, decimos que es la fuerza de la gravedad la que está haciendo el truco. De esta manera, el espacio-tiempo curvo explica la gravedad.
Velocidad:
En la misma figura de arriba podemos ver una bola solitaria muy lejos de la masiva. Ahora, mientras se mantenga alejado de la curvatura cerca de la bola masiva, continuará moviéndose en línea recta a velocidad constante o estará en reposo, según sea el caso. Esa vez no experimenta ninguna gravedad y, por lo tanto, no hay ningún factor para cambiar su estado de movimiento.
Aceleración:
Ahora, cuando la bola más pequeña finalmente cae bajo la naturaleza curva del espacio-tiempo alrededor de la bola masiva, comienza a acelerar hacia abajo y su dirección también cambia. Esto es lo que vemos, pero un ser en cuarta dimensión aún verá la bola más pequeña viajando en línea recta, ¡aunque alrededor de un camino de tiempo curvo!
El tiempo es más rápido:
Ahora la variación de tiempo puede explicarse usando las dos teorías de la relatividad: especial y general.
Ahora, según un caso especial, la velocidad de la luz es constante en todos los marcos de referencia y no hay una segunda opinión al respecto a la fecha en que escribo esto. Entonces, este concepto da lugar a una anomalía. Supongamos que si una persona se acerca a la velocidad de la luz, ¿verá que la luz se mueve más lentamente? No. Light continuará moviéndose por él a la misma velocidad original. Entonces, ¿cómo abordar este enigma? La respuesta para esto es reducir el tiempo para ese velocista. Entonces, a medida que el hombre se mueve más y más rápido, el tiempo se ralentiza para él cada vez más y así se mantiene la constancia en la velocidad de la luz para él. Puede argumentar que la velocidad y la aceleración afectan el tiempo. Pero en realidad es la constancia de la velocidad de la luz lo que está obligando al tiempo a comportarse de una manera no tan normal … 🙂
Según el caso general, la gravedad ralentiza el tiempo. Whoa me tienes allí, dirás. Pero cálmate. Esta ralentización del tiempo también se puede explicar utilizando la flexión del tiempo en la 4ta dimensión. Esto se puede mostrar usando el diagrama de espacio-tiempo de Monkowski, que me tomé la libertad de presentar un pequeño giro propio.

Como puede ver arriba, el primer gráfico de espacio-tiempo pertenece a una persona que flota libremente en el espacio sin ningún objeto celestial cerca.
Introduce una estrella cerca de él y así es como se dobla el tiempo como se ve en el segundo gráfico. Esto lo percibimos como gravedad. Como puede ver claramente en los dos gráficos, que si cada segmento corresponde a un segundo, el gráfico de un segundo por un tiempo doblado es más largo que el normal. Y esto explica la desaceleración del tiempo. Así que ya ves, no se requiere gravedad … 🙂
Nota: podría haber simplificado demasiado ciertas cosas. Así que siéntase libre de señalar cualquier error …

‘Tiempo más lento’ es algo muy relativo. Cuando te alejas de otra persona a una velocidad constante, observarás que el tiempo del otro va más lento, pero el otro pensará lo mismo de ti. Y ambos tienen razón. Ambos tienen una visión diferente sobre los eventos que ocurren simultáneamente.

Alguien que se mueve a una velocidad constante lejos de usted (que es relativo: ¿quién se mueve?), Puede cambiar a moverse hacia usted (esto es aceleración, y no es relativo * en el sentido de que solo él siente las fuerzas g), y al hacerlo, cambiará su marco de referencia, y de repente cambiará la definición de qué eventos están ocurriendo simultáneamente para él.

Ese cambio repentino de lo que se considera simultáneo para el acelerador, es más pronunciado cuando;
1) está acelerando más rápido con más cambios de velocidad
2) sucede a una distancia mayor

Brian Greene explica mejor visualmente (24:15 – 27:45);

Tal vez ‘lo que se considera simultáneo’ no es tan interesante, cuando todavía está a una gran distancia, ya que incluso puede retroceder en el tiempo de esa manera, en relación con el que se está alejando. Pero lo que realmente cuenta es qué tiempo de reloj tiene relativamente para otra persona, que está sentada cerca.

En ese sentido, es la aceleración (o gravedad; lo mismo) que experimentaste en el pasado, lo que resulta en que el tiempo se haya movido más lento para ti, ahora estás de regreso, cerca el uno del otro.

* Aunque en la relatividad general, se podría decir que de repente se queda quieto dentro de la gravedad durante el cambio, y el otro todavía se mueve en caída libre, por lo que no siente fuerzas G. Pero quedarse quieto en la gravedad es lo mismo que acelerar de acuerdo con el principio de equivalencia, por lo que este cambio de opinión en realidad no cambia nada en el resultado.

Piensa en el experimento de la paradoja de los gemelos …

Un gemelo abandona la tierra en una nave espacial, acelera a un lugar cercano a la velocidad de la luz y regresa después de un año. Su gemelo atado a la Tierra es mucho más viejo. Obviamente, el gemelo envejeció menos porque su tiempo personal se alargó; esto se explica extensamente en cientos de libros.

Ahora, hay un problema: según Einstein, las leyes de la física son invariables para cualquier observador, lo que significa que, en lo que respecta al gemelo de la nave espacial, un punto de vista igualmente válido es que estaba estacionario en una nave espacial, mientras que la Tierra y toda galaxy (o universo) se alejó de él y regresó.
No hay un punto de vista de observador preferido.

Podríamos hacer esto más intuitivo pensando en dos naves espaciales atracadas en el espacio en un universo vacío. Si uno sale a la derecha y regresa, podríamos decir fácilmente que el otro se va a la izquierda y regresa: las leyes físicas son simétricas en el tiempo y el espacio.

Esto da lugar a la pregunta, ¿por qué un gemelo no envejece? Todo lo demás es simétrico, entonces, ¿qué tiene de especial el joven gemelo?

La respuesta es que no es la velocidad lo que dilata el tiempo, sino la aceleración. Un gemelo experimentó aceleración y desaceleración, mientras que el otro no.

No se puede distinguir la aceleración de la gravedad en ningún punto de vista del observador dado, por lo tanto, son equivalentes según Einstein.

Por lo tanto, la respuesta es que la aceleración (también conocida como gravedad) afecta la hora local.

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