Почему мысленный эксперимент с фотоном, отскакивающим от зеркала, подразумевает что-либо для других объектов?

Это эффект, известный как замедление времени . В этом посте я возьму материал из прекрасной книги Эйнштейна «Гравитация в двух словах» А. Зи.

Рисунок 1 будет основой для рассуждений.

Мы отражаем фотон, чтобы создать часы . Постулируется, что скорость света одинакова во всех системах отсчета. В системе покоя время, которое требуется свету, чтобы совершить кругосветное путешествие, равно

$$\Delta t=\frac{2L}{c}$$ В движущейся системе отсчета мы имеем (относительную) скорость $u$. Используя немного геометрии, мы находим, что $$c\Delta t'=2\sqrt{(\tfrac{1}{2}u\Delta t')^2+L^2}$$ Вы можете легко решить это, чтобы получить $$\Delta t'=\gamma\Delta t,\quad \gamma=(1-u^2/c^2)^{-1/2}$$ что является основным уравнением замедления времени.

В вашем примере вам не нужно стрелять фотоном под углом, это результат принципа относительности. Кажется, что фотон движется по диагонали к внешнему наблюдателю (наблюдателю, находящемуся в покое относительно движущихся зеркал). Если вы будете двигаться вместе с зеркалами, будет казаться, что фотон движется перпендикулярно зеркалам.

Вы также можете представить, как бросаете мяч в воздух, когда едете в поезде. С вашей точки зрения (в поезде) мяч пойдет прямо вверх и снова упадет. Однако наблюдатель, стоящий рядом с рельсами, увидит, что мяч движется по параболе.

Пример в книге пытается показать, что течение времени зависит от системы отсчета. Кажется, что движущиеся часы замедляются, если смотреть с точки зрения покоящейся системы относительно движущейся системы (и, согласно принципу относительности, вы можете изменить это положение и заявить, что движущиеся часы покоятся, а все остальное движется).