Замедление времени — как узнать, какая система отсчета стареет медленнее?

Хорошо, я задаю вопрос, похожий на этот: Замедление времени — что произойдет, когда вы снова соберете наблюдателей? . В частности, мне любопытен конкретный аспект второй части его вопроса, касающийся того, когда две движущиеся системы отсчета (FoR) снова соединяются, и как «оно» знает, какая из них должна быть еще молодой.

Принятый ответ на этот вопрос гласит, что это тот, на который FoR испытал силы ускорения/замедления. Но не в этом ли весь смысл относительности, в том, что все это... ну, относительно; что нельзя с уверенностью сказать, что именно путешественник на космическом корабле ускорялся/тормозил?

Не так ли правомерно говорить, что Вселенная и люди на планете ускорялись/тормозились, а путешественник на космическом корабле оставался неподвижным? Следовательно, это привело бы к тому, что вселенная и люди на планете должны были бы оставаться молодыми, а пассажиры космического корабля — старыми, не так ли?

Применяется ли расширение (временно-пространственное) только к меньшему из двух полей зрения, или существует какая-то другая система или правило, которое «решает», какое поле поля зрения расширяется?

Ответы (5)

«Относительность» на самом деле вводящее в заблуждение слово, которое не нравилось Эйнштейну. Это не означает, что «каждая точка зрения эквивалентна и все относительно». На самом деле это означает, что эквивалентны только инерционные, неускоряющие точки обзора. Вы можете думать об этом так, как будто до теории относительности люди верили, что существует абсолютное положение/скорость Вселенной. Специальная теория относительности показывает, что не существует абсолютного ускорения Вселенной.

Это иллюстрируется знаменитым мысленным экспериментом с вращающимся ведром. Вы ставите ведро посреди пустого пространства и крутите его, и вода в нем начинает течь к краям. Но если бы все точки обзора были одинаковыми, не могли бы вы также представить себе это как вращающуюся вселенную и стационарное ведро? Но одна точка зрения, очевидно, более правильная, чем другая, потому что только в одной из них вода течет к краям. Таким образом, существует однозначное «универсальное» состояние нулевого ускорения.

Интересно отметить, что первоначальной идеей Эйнштейна для его специальной теории относительности была теория инвариантности (скорости света).

Это не совсем так: до СТО люди думали, что свет имеет особое обрамление фонового «эфира». Означало ли это также, что существует специальная инерционная система отсчета для механики, которая намного прочнее, и не было общего согласия. На самом деле принцип относительности восходит к Галилею, и даже Ньютон (желавший абсолютного пространства) признал, что его теория одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Эйнштейн продемонстрировал преобразование между системами отсчета в лоренцевой, а не в галилеевой, добавив электродинамику, но ядро ​​принципа было намного старше.
@Stan - я всего лишь любитель, но разве эфир не означает, что существует особая / желаемая скорость? (то есть ноль по отношению к эфиру)
Вы совершенно правы с точки зрения ЭМ: люди действительно думали, что существует единственная правильная картина, вызванная реальностью эфира. Но это вопрос механики, а не ЭМ, а в механике принцип относительности восходит к Галилею, ок. 1630 г. (Эйнштейн расширил его до ЭМ, а не создал с нуля). Хотя Ньютон предпочитал абсолютное пространство, не все с ним соглашались (например, Лейбниц). ... Хотя это немного придирчиво, поскольку спор идет об истории, а не о физике. Не стесняйтесь игнорировать это на этих основаниях. (:
@Stan На самом деле теперь я понимаю твою точку зрения; Я говорил об истории не в том контексте, хех.
Это прекрасный ответ.
@Stan Liou Итак, когда ракетный корабль покидает Землю, к ракетному кораблю прикладывается энергия, поэтому ракетный корабль является неинерциальной рамой, а земля будет инерциальной рамой? Я прав в этом? Таким образом, корабль становится короче, а время до земли становится длиннее (то есть медленнее)?
Что насчет того, когда ракета решит разогнаться до земли? Несмотря на то, что это противоположное направление, становится ли корабль все еще короче и время для Земли все еще медленнее, потому что корабль является не промежуточной системой отсчета? Разве не имеет значения, движетесь ли вы к другому кадру или от него?
Что, если корабль разогнался от земли, то Земля по какой-то причине ускорилась к кораблю? Прекратится ли замедление времени, если Земля ускорится по направлению к кораблю на некую равную величину (как бы это ни измерялось)?
@gwho Концептуально инерционный означает неускоряющийся. Направление не имеет значения для замедления времени между инерциальными системами отсчета. В пространстве-времени инерциальные мировые линии (пути) прямые, а ускоренные изогнутые, поэтому не только имеет место асимметрия, но и поскольку длина мировой линии есть время, измеряемое находящимися на ней часами, имея инерциальные и ускоренные наблюдатели, регистрирующие разное время не более загадочна, чем длина отрезка, отличного от какой-либо другой изогнутой линии, соединяющей конечные точки. Кроме того, я предлагаю задать отдельный вопрос или поискать вопросы о парадоксе близнецов.
Меня немного смущает вращающееся ведро. Вокруг какой оси он вращается? Потому что, если речь идет о его вращательно-симметричной оси, вода не будет двигаться к краям, если только ведро не будет опираться на поверхность массивного тела.

Не так ли правомерно говорить, что Вселенная и люди на планете ускорялись/замедлялись?

Нет, это не так. Если вы остаетесь на планете, вы знаете, что не ускорились (то есть не больше, чем обычно, из-за гравитации и вращения Земли и т. д.). Но если вы находитесь в космическом корабле и включаете двигатель, вы обязательно почувствуете ускорение (так же, как вы чувствуете его в своей машине). Первые системы отсчета (те, которые не чувствуют силы) мы называем инерционными , и они играют совершенно особую роль в теории относительности (как специальной, так и общей).

Упоминания об «ускорении» или его отсутствии, чтобы установить разницу между карьерами близнецов, запутывают проблему. (Это можно доказать, составив дорожные карты для двух путешественников с одинаковыми периодами ускорения или замедления, только поместив их в разное время их путешествия. Таким образом, их часы не показывают одинаковое прошедшее время, когда они воссоединяются.)

Лучшая ментальная картина получается, если рассматривать пути в пространстве-времени для каждого путешественника. Оба пути начинаются с одного и того же «события» (события, когда близнецы прощаются друг с другом) и достигают другого события (их встречи снова). Точно так же, как два разных пути в пространстве с одним и тем же началом и одним и тем же концом не обязательно должны иметь одинаковую длину, два разных пути в пространстве-времени не обязательно должны иметь, так сказать, одинаковую «четырехмерную длину». Кавычки призваны предупредить, что это выражение не используется релятивистами: эта «четырехмерная длина» на самом деле является тем, что они называют «собственным временем», и оказывается (согласно специальной теории относительности) тем, что измеряют наручные часы каждого близнеца. .

Таким образом, основная проблема заключается в разнице в траекториях пространства-времени, а не в гравитационных эффектах как таковых. То, что стабильный близнец в конце концов оказывается старше своей сестры, происходит из-за того, что его траектория в пространстве-времени прямолинейна, а траектория его близнеца искривлена. И в отличие от трехмерной длины, «четырехмерная длина», она же собственное время, максимальна, а не минимальна для прямых (т.е. физически инерционных) траекторий пространства-времени.

Конечно, человек будет страдать от ускорений, если следует по изогнутому четырехмерному пути. Но,

(1) Значимые эффекты (с точки зрения разницы в возрасте) могут быть получены с небольшими ускорениями (порядка 1 g) в течение нескольких лет, поэтому обращение к ОТО необязательно.

(2) Ускорение само по себе не вызывает несоответствия собственного времени: два путешествующих близнеца, которые страдают от одних и тех же событий ускорения-замедления (одинаковых по интенсивности и продолжительности), могут стареть по-разному, если эти события не запланированы одинаково. Настоящая причина — это различие в планировании, которое логически равносильно геометрическому различию между двумя 4-мерными путями.

Это обсуждение является излишним для основного парадокса близнецов. Все, что нужно, это чтобы один из близнецов следовал по геодезической, а другой — нет (и, следовательно, чувствовал ускорение). Таким образом, сказать, что ускоряющийся близнец моложе, равносильно утверждению, что геодезические максимизируют собственное время. Будем надеяться, что даже яростные противники объяснения ускорения не будут так обеспокоены чисто геометрическим наблюдением за геодезическими ;)
: D @Marek Мы только что одновременно опубликовали один и тот же ответ в приблизительной инерциальной системе отсчета Земли?
Я согласен, что это перебор. Но я хочу отметить еще один момент, которого нет: проблема не в том, что «отсутствие ускорения, т. е. геодезическая» против «ускорения, т. е. негеодезическая мировая линия». Можно запланировать две поездки с точно такими же эпизодами разгона-торможения, только по-разному расположенными во время поездок. Две мировые линии различны, но оба близнеца испытывают одинаковый полный дискомфорт (или облегчение) из-за ускорения (или его отсутствия). При этом они стареют по-разному. Это показывает, что дифференциальное старение не вызвано (непосредственно) ускорением.

Все остальные ответы раскрывают основные моменты, но я попытаюсь перефразировать вещи таким образом, чтобы было ясно, чем отличаются два «близнеца» (парадокса близнецов) без какой-либо ссылки на общую теорию относительности.

Двойник на Земле всегда находится на геодезической плоскости пространства-времени (которая является плоской Минковского), тогда как ускоряющийся туда и обратно близнец находится на мировой линии, которая явно отклоняется от геодезической. Итак, на этой картинке очень ясно, что ситуация несимметрична по отношению к близнецам. И вы также можете рассчитать собственное время («длину» мировых линий) и увидеть, что оно короче для негеодезического пути. На самом деле пространство-время Минковского таково, что собственное время максимизируется для геодезических.

Отлично. Это объяснение я даю, когда знаю, что человек знаком с базовой геометрией. В противном случае я просто говорю об ускорении (что эквивалентно).

В специальной теории относительности ускорение нарушает симметрию между двумя наблюдателями, поскольку СТО применима только в инерциальных системах отсчета. Если вы настаиваете на относительности всех движений, вам придется использовать ОТО. Если вы примените GR к проблеме, вы получите тот же ответ. Однако СТО достаточно, чтобы ответить на парадокс близнецов. Проще говоря, просто помните, что, хотя согласно ОТО все движения относительны, принцип эквивалентности требует, чтобы ускорение было эквивалентно гравитации для ускоряющегося наблюдателя. Здесь нарушается симметрия между двумя наблюдателями.

Замедление времени — как узнать, какая система отсчета стареет медленнее?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v