Pregunta:
¿Por qué el reloj de fotones es equivalente a todos los relojes?
Swike
2020-08-03 17:25:47 UTC
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Puedo entender por qué, si la velocidad de la luz es invariante, un reloj de fotones marcaría más lento. Encuentro esta explicación muy útil en términos de introducir la idea de dilatación del tiempo (también porque permite que la fórmula de Lorentz se derive intuitivamente, solo usando el teorema de Pythagora).

Pero a este enfoque le falta un concepto importante. Un estudiante podría decir; De acuerdo, entiendo por qué el reloj de fotones funcionaría más lento, pero ¿por qué es una propiedad intrínseca del tiempo mismo? ¿Por qué no es esto algún efecto de la mecánica de este reloj específico? ¿Cómo son un reloj de péndulo, un reloj atómico, ritmos circadianos, un reloj químico, etc ... todos equivalentes al reloj de fotones? Por qué la desaceleración del tic-tac del reloj de fotones es una sonda sobre la naturaleza misma de todos los relojes y el tiempo mismo y no solo una sonda sobre la naturaleza de este reloj en particular (más si consideramos que la explicación se basa en el mecanismo específico de este reloj para trabajar)?

Por ejemplo, algunos estudiantes podrían razonar; un reloj de péndulo se ralentizaría en la superficie lunar, ya que la gravedad es menor y, por lo tanto, el péndulo tendría un período más largo, pero no saltamos inmediatamente a la conclusión de que el tiempo mismo se ha ralentizado en la Luna con respecto a la Tierra ( de hecho, irónicamente, en la relatividad general es al revés), solo que las características técnicas de este reloj en particular hacen que esto suceda porque hemos alterado su funcionalidad al alterar el entorno físico donde opera. Lo mismo podría decirse de un reloj de primavera sumergido en agua, por ejemplo. Pero si no pensamos que la gravedad de la Luna ralentiza el tiempo con respecto a la de la Tierra sólo porque el reloj de péndulo marca más lento, o que el agua retrasa el tiempo sólo porque el reloj de primavera marca más lento, entonces ¿por qué deberíamos pensar que moverse a una cierta velocidad relativa ralentiza el flujo del tiempo solo porque el reloj de fotones marca más lento?

Vale la pena leer esto: [¿Puedo hacer varias preguntas relacionadas en un solo hilo?] (Https://physics.meta.stackexchange.com/q/13/9887)
@AlfredCentauri Esta es una sola pregunta reformulada de diferentes maneras para ayudar a explicarla con más profundidad.No veo ningún problema aquí y de alguna manera podría dividir esta pregunta en diferentes hilos sin que sean duplicados entre sí.Puede tomar la pregunta como la del título si necesita una oración directa y corta.
Este artículo de acceso abierto puede ser útil: http://aflb.ensmp.fr/AFLB-411/aflb411m855.htm
¿Responde esto a tu pregunta?[¿Cómo sabemos que la dilatación del tiempo se aplica a objetos distintos a la luz?] (Https://physics.stackexchange.com/questions/155148/how-do-we-know-that-time-dilation-applies-to-objects-que no sea la luz)
Su pregunta revela algo importante: ¿qué quiere decir con "tiempo en sí"?Una forma de definir "tiempo" es como "lo que lees en un reloj".
Ocho respuestas:
robphy
2020-08-03 17:52:18 UTC
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Invocar el principio de relatividad.
Un observador inercial lleva un reloj de luz y un reloj de pulsera mecánico, que convienen cuando todos están en reposo. Si no están de acuerdo cuando el observador inercial se mueve [con velocidad constante distinta de cero] llevando estos relojes, entonces ese observador puede distinguir entre estar en reposo y viajar con una velocidad constante distinta de cero.

ACTUALIZACIÓN:
P: ¿Qué hace que el reloj de fotones sea especial entre todos los demás relojes?
R: Simplicidad.
Es más fácil de formular, analizar e interpretar que otros relojes.
Si el principio de relatividad se mantiene, debe resultar que uno puede eventualmente analizar cualquier reloj y obtener el mismo resultado que el reloj de luz --- probablemente se requiera mucho más análisis e interpretación [del dispositivo, el entorno y elinteracciones].

Está bien, creo que de alguna manera lo entiendo.Dado que la idea de la relatividad (desde Galileo) es que no hay forma de conocer tu velocidad absoluta, ya que no existe un espacio absoluto para referir esa velocidad, cualquier experimento que te permita saber si te estás moviendo a una cierta velocidad en términos absolutosno puede suceder.Por lo tanto, si tiene muchos relojes diferentes, incluido un reloj de fotones, y ve una discrepancia entre ellos, podría argumentar que tiene razones para creer que se está moviendo, lo cual es imposible en términos absolutos, por lo tanto, todos los relojes deben comportarse de la misma manera que el reloj.reloj de fotones.¿Es esto correcto?
Eso es esencialmente correcto.Una característica importante del principio de relatividad es que los movimientos que se comparan son inerciales [es decir, no acelerados].No se puede distinguir inercial-en-reposo de inercial-con-velocidad distinta de cero.
Tu respuesta no es convincente.Supongamos que tengo un reloj de luz, así como uno mecánico, ambos con la misma frecuencia en mi propio marco de referencia de descanso.¿Cómo justificaría que las tasas de tiempo dilatado sigan siendo las mismas (es decir, dilatadas por el mismo factor) medidas desde el punto de vista de un observador en movimiento?Si el observador en movimiento tiene relojes mecánicos y de fotones similares a los que sostengo, también se dilatarían desde mi punto de vista de manera diferente.Esto no puede distinguir el resto del marco móvil.
@MohammadJavanshiry Cuando cada uno de sus relojes marca un segundo, hace una marca, digamos, en un gráfico.Este registro es invariante. Todos los demás observadores externos, independientemente de sus estados de movimiento, estarán de acuerdo en que él dice que todos sus relojes marcaron de manera idéntica.Por lo tanto, cualquier factor de dilatación del tiempo asignado por un observador externo a su reloj de luz también debe asignarse a su reloj de pulsera.
@robphy ¿Lo harán?Estoy pensando en la paradoja de la escalera, donde los eventos simultáneos en un marco de referencia se vuelven no simultáneos en otro.Cuando todos están en el mismo marco de referencia, todos pueden estar de acuerdo en que el reloj de luz y el reloj de pulsera marcan al mismo tiempo.Pero si uno comienza a moverse a una velocidad relativista, es posible que ya no estén de acuerdo en que los relojes marcan al mismo tiempo.Creo que podría ser necesaria la ubicación conjunta de los relojes.
@NuclearWang cuando uso el verbo "llevar" en mi respuesta, quiero decir que todos están en su persona (todos están "co-ubicados") como un reloj de pulsera ... todas estas líneas de mundo de reloj coinciden con su propia línea de mundo.Siempre trato de pensar en términos de "tiempo adecuado" (en el sentido de propiedad, propiedad, como sugiere Minkowski) o "tiempo privado" (como sugiere Bondi).(Ciertamente, los relojes separados espacialmente introducirán complicaciones en diversas circunstancias. Si puedo evitarlos, lo haré ... como hice en mi respuesta).
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Noumeno
2020-08-03 18:00:41 UTC
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Según mi comprensión actual del tema, el reloj de luz no es una prueba de la dilatación del tiempo, sino simplemente una pista que lo señala.Tiene toda la razón al afirmar que el reloj de luz no es una prueba.De hecho, no hay ninguna prueba de transformación de Lorentz en absoluto.Las transformaciones de Lorentz no están probadas, las transformaciones de Lorentz están postuladas .Estas transformaciones son nuestra mejor suposición de cómo funcionan el tiempo y el espacio en ausencia de gravedad y aceleración.Claro que podemos ver que nuestros experimentos, mentales o físicos, están de acuerdo con ellos, pero esto no es una prueba, es el mejor razonamiento por inducción.

Este tipo de experimentos mentales, como el reloj de luz, nos ayudan a adivinar la forma correcta de la transformación, pero no hay forma de probarlos.Este es un tema recurrente en física.

Aunque Einstein puede haberlas postulado inicialmente, es posible probar que las transformaciones de Lorentz son las transformaciones lineales ** únicas ** bajo algunos supuestos clave (por ejemplo, la luz tiene una velocidad $ c $ en cada marco de referencia).La incapacidad de probar cosas es recurrente en muchas partes de la física, pero no en este caso.Así que corrija su respuesta incorrecta que afirma que no hay prueba alguna.
Pero sí hay que postular que las transformaciones son lineales para probarlas a partir de los principios de la relatividad.
No dije nada sobre linealidad;Destaqué que la singularidad es lo que puedes demostrar.
Alfred Centauri
2020-08-04 02:02:42 UTC
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¿Por qué el reloj de fotones es equivalente a todos los relojes?

Estipule que, en algún marco de referencia inercial, hay un reloj de fotones y algún reloj mecánico que están co-ubicados y en reposo en este marco.

Además, estipule que, en este marco, los relojes funcionan a la misma velocidad, es decir, ambos relojes 'marcan' simultáneamente .

Ahora, debido a que los dos relojes están coubicados, todos observadores inerciales en movimiento relativo a los relojes coinciden en que los tics son simultáneos.Cualquiera que sea la dilatación del tiempo observada por los observadores inerciales relativamente en movimiento afecta a ambos relojes de manera idéntica.

DenDenDo
2020-08-04 03:34:28 UTC
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Un reloj mecánico está hecho de engranajes y resortes que transfieren fuerzas a las manecillas del reloj a lo largo de caminos complicados.Pero si miras realmente de cerca, todos esos engranajes y resortes están hechos de protones y electrones, unidos por fuerzas electromagnéticas y se empujan entre sí intercambiando fotones, al igual que en el modelo simplificado del reloj de fotones..

Eso no es realmente lo que son los relojes de fotones
WillO
2020-08-03 17:52:04 UTC
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En mi respuesta aquí, puede reemplazar el reloj de fotones horizontal con un reloj atómico, un reloj de péndulo o el reloj de su elección.

Not_Einstein
2020-08-04 03:47:49 UTC
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El reloj de fotones "en movimiento" está en un marco de referencia que tiene (en principio) un conjunto de relojes sincronizados distribuidos a lo largo del eje de movimiento relativo al marco "estacionario".Entonces, cualquier cosa que se deduzca sobre el reloj de fotones debe aplicarse a los otros relojes en ese marco, ya que están sincronizados.El hecho de que algún otro observador esté midiendo su reloj de ninguna manera afecta su reloj ni su sincronización con respecto a todos los demás relojes.

Árpád Szendrei
2020-08-07 21:25:12 UTC
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Te preguntas "¿Por qué la desaceleración del tic-tac del reloj de fotones es una prueba de la naturaleza misma de todos los relojes y del tiempo mismo y no solo una prueba de la naturaleza de este reloj en particular (más si consideramos que el explicación se basa en el mecanismo específico de este reloj para funcionar)? "

Ahora es porque el reloj de fotones es el reloj fundamental, es como la "partícula elemental" de los relojes. Usaré aquí la explicación teórica del reloj de fotones donde siempre hay vacío entre los espejos, es decir, el fotón siempre rebota en el vacío.

Esto se debe a que solo el reloj de fotones (sin tener en cuenta la masa de los espejos) utiliza un elemento fundamental subyacente del universo en el que vivimos, que es la luz (onda EM) y la velocidad de la luz. Todos los demás relojes son más complejos de explicar, sí, incluso el reloj atómico.

La velocidad de la luz es siempre c, cuando se mide localmente en el vacío. Además, todos los observadores inerciales estarán de acuerdo con esta velocidad, independientemente de su movimiento relativo.

Estás diciendo que en el caso de otros relojes "¿Por qué no es esto un efecto de la mecánica de este reloj específico?" y "solo que las características técnicas de este reloj en particular hacen que esto suceda porque hemos alterado su funcionalidad al alterar el entorno físico donde opera", ahora este es el punto crucial en su pregunta.

No se puede alterar la funcionalidad del reloj de fotones debido a su simplicidad, su fundamentalidad, su elementariedad y porque usa un solo ingrediente, la velocidad de un solo fotón rebotando entre dos espejos (donde ignoramos la masa del espejos).

Gracias por esta explicación, pero creo que está mal.El reloj de fotones puede alterar su funcionalidad de una manera no fundamental si, por ejemplo, lo usamos dentro de la atmósfera de la Tierra (donde el índice de refracción del aire ralentizará el fotón) en contraste con lo que sucedería en el vacío del espacio.Creo que la respuesta correcta podría ser la de robphy, incluso si no se explicó con demasiada profundidad.
@Swike correcto, por eso dije que se trataba de la velocidad de vacío de la luz, pero editaré.El reloj de fotones es (como pensaba) siempre un reloj teórico con vacío entre los espejos.Pero editaré.
Charles Francis
2020-08-08 21:21:21 UTC
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Tu posición inicial no es precisa. La relatividad depende de un axioma.

  • T El principio general de la relatividad: Las leyes locales de la física son las mismas independientemente de la materia de referencia que utilice un observador en particular para cuantificarlas.

De inmediato se deduce que todos los relojes miden exactamente la misma unidad de tiempo (con la precisión del mecanismo del reloj). Funcionan precisamente a un segundo por segundo. La dilatación del tiempo no afecta la velocidad a la que un reloj mide el tiempo. Es un efecto aparente , debido a la forma en que un observador ve un reloj en movimiento. Puede comparar esto con la longitud observada de una varilla sostenida en ángulo con la línea de visión del observador. El observador no ve la longitud real.

Desafortunadamente, al principio de la relatividad, Einstein pensó que las propiedades observadas (duración y tiempo) deberían considerarse como propiedades físicas. Más tarde, cambió esto e introdujo el principio general que deja en claro que las propiedades físicas de un objeto las mide un observador que se mueve con el objeto. Más lamentablemente, más de 100 años después, las cuentas populares y de bajo nivel no se han puesto al día.



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