Каков точный механизм замедления времени?

Ваш вопрос естественен, но на него нет ответа. Это немного похоже на вопрос, по какому механизму углы треугольника всегда складываются в 180 градусов (в евклидовой геометрии). Для этого нет механизма — никто не проверяет все треугольники, чтобы убедиться, что их углы складываются правильно. Это просто логическое следствие теории геометрии. Это можно доказать, и вы можете понять это интуитивно, но ничто не заставляет это происходить. Точно так же нет механизма замедления времени.

В самые ранние дни теории относительности, до Эйнштейна, людям пришла в голову идея сокращения длины, и у них был механизм для этого, связанный с тем, что эфир давит на атомы или что-то в этом роде. Оказалось, что все было не так. Ничто не толкает атомы, заставляя их сокращаться. Длина просто выглядит по-разному в разных оправах. Точно так же время выглядит по-разному в разных кадрах.

Это не слишком отличается от того, как если вы наклоните прямоугольник на 90 градусов, его длина станет его шириной, а его ширина станет его длиной. По какому механизму они меняются местами? Никто. Именно так работает геометрия. По какому механизму изменяются времена и длины? Нет, именно так работает пространство Минковского (геометрия специальной теории относительности).

Примитивная концепция для изучения называется пространственно-временным интервалом, который подобен расстоянию и имеет собственную версию теоремы Пифагора для его описания. Пространство-время на самом деле состоит из событий с пространственно-временными интервалами между ними. Эти интервалы не являются ни длиной, ни временем, а скорее комбинацией в виде$\Delta s^2 = \Delta x^2 - c^2\Delta t^2$. Это то, что всегда одно и то же, но для того, чтобы оно было одинаковым во всех кадрах, пространство и время должны переключаться.

Предположим, например, что я щелкнул пальцами, подождал немного, а затем снова щелкнул. Для меня эти две вещи произошли в одном и том же месте, так что$\Delta x = 0$. Однако, если я в машине и проплываю мимо вас, вы думаете, что это произошло в разных местах, так что$\Delta x' = v \Delta t'$где$v$это скорость автомобиля. простые числа ($'$) указывают на то, что это ваши измерения. Основной закон относительности

$$\Delta x^2 - c^2\Delta t^2 = \Delta x'^2 - c^2\Delta t'^2$$

и подключаем то, что мы уже знаем о$\Delta x$значения, мы получаем

$$0 - c^2\Delta t^2 = v^2\Delta t'^2 - c^2\Delta t'^2$$

или

$$\Delta t = \Delta t' \sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}$$

это замедление времени. Я измеряю более короткое время между событиями, чем вы, только потому, что мы оба измеряем один и тот же пространственно-временной интервал. И поскольку я измеряю более короткое время, вы думаете, что мои часы идут медленно. С часами конечно ничего не происходит - работают нормально. Это просто факт, что интервал$\Delta s^2$это то же самое для нас, и поэтому времена разные. За нами также не стоит механизм измерения одного и того же интервала. Это всего лишь постулат относительности, как, например, постулат о параллельных является частью евклидовой геометрии.

Если вы продолжите в том же духе, предполагая, что интервал неизменен, вы можете вычислить все другие формулы, которые люди используют при введении теории относительности, включая сокращение длины, относительность одновременности, сложение скоростей, преобразования Лоренца и все, что вы хотите. Все они просто кусочки одной и той же идеи.

Есть прекрасная книга для неспециалистов под названием « Общая теория относительности от А до Б» Роберта Героха, в которой геометрия теории относительности подробно и с иллюстрациями описывается. Я настоятельно рекомендую его как отправную точку для теории относительности.

Отвечая на вашу последнюю часть вопроса, я полагаю, что другие теории могли бы объяснить замедление времени, но теория относительности проста, красива, проверена временем, сделала точные предсказания и прошла строгие экспериментальные проверки, и глубоко укоренилась во всей теоретической физике. Это верно для всех масштабов, которые мы тестировали, и любые отклонения должны быть скрыты на очень коротких длинах, очень высоких энергиях и т. д.

Чтобы добавить к хорошему ответу Марка Эйхенлауба...

Предположим, что на евклидовой плоскости у вас есть два человека,$P$и$P'$, расположенные в одной точке (или как можно ближе), но обращенные в разные стороны. Каждый из них представляет собой обычные декартовы оси координат, скажем, с$x$-ось к направлению, в котором они смотрят, которое мы назовем depth .

Предположим также, что$P'$имеет стержень, направленный наружу:

$P'$считает$x'$ось должна быть глубиной , естественно говорит$P$что стержень имеет глубину $L$. Но$P$не согласен! Ясно , что стержень имеет глубину$L\cos\beta$-- вот как далеко он идет по$x$-ось, в конце концов!

Теперь скажем$P$имеет свой собственный стержень вдоль$x$-ось, и измеряет его глубину , чтобы быть$M$. Сейчас$P'$не согласится - согласно$P'$стержень теперь имеет глубину$M\cos\beta$. Каждый утверждает, что измерения другого ошибочны по той же причине.

Каков механизм сокращения глубины ?

Теперь кажется почти глупым спрашивать: причина в том, что они смотрят в разные стороны и настаивают на том, что направление, в котором они смотрят, является правильной глубиной . Нет ничего более загадочного, чем они, обращенные в разные стороны, а их координаты связаны вращением:

$$\begin{bmatrix}x'\\y'\end{bmatrix} = \begin{bmatrix} \cos\beta & -\sin\beta \\ \sin\beta & \cos\beta \\ \end{bmatrix} \begin{bmatrix}x\\y\end{bmatrix}$$

---

Вот в чем дело: в пространстве-времени «направление, в котором вы смотрите» — это скорость . Например, можно использовать вектор$[t;x] = [5\,\text{s};10\,\text{km}]$представлять скорость в$x$-Направление$10\,\text{km} / 5\,\text{s} = 2\,\text{km/s}$. Эта часть даже не является специальной релятивистской; это так же справедливо и в галилеевском (ньютоновском) пространстве-времени.

Часть, которая является специальной релятивистской, заключается в том, что СТО говорит, что вращения пространства-времени (чаще называемые ускорениями ) работают гиперболически:

$$\begin{bmatrix}ct'\\x'\end{bmatrix} = \begin{bmatrix} \cosh\alpha & -\sinh\alpha \\ -\sinh\alpha & \cosh\alpha \\ \end{bmatrix} \begin{bmatrix}ct\\x\end{bmatrix}$$ Разница заключается в том, что расстояния работают по-разному в евклидовом пространстве по сравнению со специальным релятивистским пространством-временем. $$\begin{eqnarray*} \text{Euclidean (Pythagoras)}\quad &\Delta s^2 = \Delta x^2 + \Delta y^2&\quad\text{cf. }\cos^2\theta + \sin^2\theta = 1\\ \text{STR (Lorentz)}\quad &\Delta s^2 = -c^2\Delta t^2 + \Delta x^2&\quad\text{cf. }\cosh^2\alpha - \sinh^2\alpha = 1\end{eqnarray*}$$

Преобразование Лоренца — это частный случай вращения в пространстве-времени. Обычно это записывается в другой форме, но это эквивалентно:$v = c\tanh\alpha$дает$\gamma = \cosh\alpha$и$\gamma v = c\sinh\alpha$.

Тогда причина замедления времени просто в том, что наблюдатели «смотрят» в разные стороны в пространстве-времени — и опять же, направление в пространстве-времени — это скорость.

Каков точный механизм замедления времени для быстро движущегося объекта?

Нет ни интуитивного объяснения, ни какого-либо другого специального механизма для описания эффектов СТО, кроме объединения пространства-времени. Взгляд полностью основан на его постулатах. Нет абсолютности во времени. Нет предпочтительной системы отсчета, что означает , что каждый наблюдатель соглашается со своими собственными часами, которые он носит с собой.$c$является самым быстрым способом передачи информации, с помощью которого два наблюдателя могут общаться друг с другом. По сути, этот эффект можно объяснить , начиная с события и рисуя пространственно-временные диаграммы между движущимися по инерции наблюдателями того, как они наблюдают свет от этого события.

Скажем, например, бомба взрывается между неподвижным наблюдателем и наблюдателем, движущимся с постоянной скоростью относительно неподвижного наблюдателя. Оба наблюдателя согласны с тем, что событие произошло. Но они просто не согласны с вопросом «когда произошло событие?» и это интро-версия для этого вопроса...

Можно ли объяснить замедление времени какой-либо другой теорией, кроме теории относительности?

Не было новой теории, показывающей только замедление времени . Потому что это не будет теорией. Новая теория — это то, что объясняет каждое предсказание ее предшественника и все необъяснимое в старой теории. Но было много экспериментальных подтверждений замедления времени, таких как дополнительное время жизни (т.е.) поздний распад мюонов, а также комическое, но обнадеживающее: замедление времени, когда вы путешествуете в машине (хотя я сомневаюсь в радикальном изменении временного интервала, для начала еще хорошо поверить)

---

Как по мне, это вопрос, который требует очень большого ответа. Вот несколько советов, которые могут помочь вам понять механизм :
Помогите мне обрести интуитивное понимание Лоренцево сокращение
Какова механика, благодаря которой происходит замедление времени и сокращение длины?
Замедление времени — как узнать, какая система отсчета стареет медленнее?

Сама специальная теория относительности ясно дает понять, что абсолюты не могут быть обнаружены, например, абсолютный покой в ​​пространстве или невозможность обнаружить абсолютное движение. Таким образом, это препятствует абсолютному пониманию специальной теории относительности, поскольку то, что открывает специальная теория относительности, не простирается до точки абсолюта. Таким образом, абсолютная основа, в которой находится специальная теория относительности, не раскрывается.

Поэтому истинная причина замедления времени также не раскрывается.

Однако эту проблему можно решить. Мы должны начать с нуля. Мы должны начать с абсолютов.

Представьте себе абсолютную четырехмерную пространственно-временную среду. Затем представьте абсолютное движение, происходящее в этой среде. Пусть скажут, что это продолжающееся движение является общим для всех объектов и что величина этого продолжающегося движения эквивалентна величине движения света, когда он движется в пространстве. Это известно как (с). Несмотря на то, что все объекты постоянно находятся в движении в пространстве-времени, изменение их индивидуальных направлений движения все еще остается открытым вариантом.

Если затем приступить к изучению результатов таких обстоятельств, результатом будет явление, известное как «Специальная теория относительности». Таким образом, «абсолютное» основание приводит к «релятивистскому» результату.

Изменение направления движения определяет баланс между движением в пространстве и движением во времени. Изменение направления движения также приводит к вращению в пространстве-времени. Остальное просто детали.

См . https://www.youtube.com/embed/KKAwpEetJ-Q?list=PL3zkZRUI2IyBFAowlUivFbeBh-Mq7HdoQ для 1 часа 37 минут анализа результатов абсолютного основания.

Наша видимая вселенная состоит из трех измерений пространства и одного измерения времени. Все объекты во Вселенной существуют в этом пространственно-временном континууме. Пространство и время не являются двумя отдельными сущностями, не связанными друг с другом. Пространство и время тесно связаны как одна сущность, называемая пространством-временем. Как упоминалось ранее, все канцелярские предметы переживают свое время в этой видимой вселенной. Но ни один объект во Вселенной не является канцелярским. Каждый объект движется относительно друг друга. Когда объект движется со скоростью, он воспринимает время медленно. Это потому, что помимо видимой вселенной есть невидимая вселенная, переплетенная с видимой вселенной. Даже эта невидимая вселенная состоит из пространства и времени, но они комбинируются по-разному и, следовательно, имеют другую природу. В видимой вселенной (ВУ) пространство ≠ 0 и время ≠ 0. Пространство состоит из трех измерений: длины, ширины и высоты. Итак, всего 4 измерения. Но в невидимой вселенной пространство ≠ 0, но время = 0 и даже в этой вселенной 4 измерения. Но эти измерения отличаются от измерений в видимой вселенной, потому что пространство и время связаны по-разному. В невидимой вселенной никакие события не могут происходить, поскольку время = 0, но материя может существовать, поскольку пространство ≠ 0. Замедление времени движущегося объекта связано с тем, что движущийся объект не проводит полностью свое время в видимой вселенной. , он проводит часть своего времени в невидимой вселенной. Дело не в том, что все происходит в замедленном темпе для быстро движущегося объекта, а в том, что он не существует в видимой вселенной в течение определенного промежутка времени. Но в невидимой вселенной пространство ≠ 0, но время = 0 и даже в этой вселенной 4 измерения. Но эти измерения отличаются от измерений в видимой вселенной, потому что пространство и время связаны по-разному. В невидимой вселенной никакие события не могут происходить, поскольку время = 0, но материя может существовать, поскольку пространство ≠ 0. Замедление времени движущегося объекта связано с тем, что движущийся объект не проводит полностью свое время в видимой вселенной. , он проводит часть своего времени в невидимой вселенной. Дело не в том, что все происходит в замедленном темпе для быстро движущегося объекта, а в том, что он не существует в видимой вселенной в течение определенного промежутка времени. Но в невидимой вселенной пространство ≠ 0, но время = 0 и даже в этой вселенной 4 измерения. Но эти измерения отличаются от измерений в видимой вселенной, потому что пространство и время связаны по-разному. В невидимой вселенной никакие события не могут происходить, поскольку время = 0, но материя может существовать, поскольку пространство ≠ 0. Замедление времени движущегося объекта связано с тем, что движущийся объект не проводит полностью свое время в видимой вселенной. , он проводит часть своего времени в невидимой вселенной. Дело не в том, что все происходит в замедленном темпе для быстро движущегося объекта, а в том, что он не существует в видимой вселенной в течение определенного промежутка времени. Но эти измерения отличаются от измерений в видимой вселенной, потому что пространство и время связаны по-разному. В невидимой вселенной никакие события не могут происходить, поскольку время = 0, но материя может существовать, поскольку пространство ≠ 0. Замедление времени движущегося объекта связано с тем, что движущийся объект не проводит полностью свое время в видимой вселенной. , он проводит часть своего времени в невидимой вселенной. Дело не в том, что все происходит в замедленном темпе для быстро движущегося объекта, а в том, что он не существует в видимой вселенной в течение определенного промежутка времени. Но эти измерения отличаются от измерений в видимой вселенной, потому что пространство и время связаны по-разному. В невидимой вселенной никакие события не могут происходить, поскольку время = 0, но материя может существовать, поскольку пространство ≠ 0. Замедление времени движущегося объекта связано с тем, что движущийся объект не проводит полностью свое время в видимой вселенной. , он проводит часть своего времени в невидимой вселенной. Дело не в том, что все происходит в замедленном темпе для быстро движущегося объекта, а в том, что он не существует в видимой вселенной в течение определенного промежутка времени. Замедление времени движущегося объекта связано с тем, что движущийся объект не полностью проводит свое время в видимой вселенной, он проводит часть своего времени в невидимой вселенной. Дело не в том, что все происходит в замедленном темпе для быстро движущегося объекта, а в том, что он не существует в видимой вселенной в течение определенного промежутка времени. Замедление времени движущегося объекта связано с тем, что движущийся объект не полностью проводит свое время в видимой вселенной, он проводит часть своего времени в невидимой вселенной. Дело не в том, что все происходит в замедленном темпе для быстро движущегося объекта, а в том, что он не существует в видимой вселенной в течение определенного промежутка времени.

http://www.scribd.com/doc/138077520/Пространство-Время-2013