Was ist der genaue Mechanismus, durch den sich die Zeit ausdehnt?

Ihre Frage ist natürlich zu stellen, aber sie hat keine Antwort. Es ist ein bisschen so, als würde man fragen, durch welchen Mechanismus sich die Winkel eines Dreiecks immer zu 180 Grad addieren (in der euklidischen Geometrie). Dafür gibt es keinen Mechanismus - niemand geht herum und überprüft alle Dreiecke, um sicherzustellen, dass ihre Winkel sich richtig addieren. Es ist nur eine logische Konsequenz der Theorie der Geometrie. Es kann bewiesen werden, und Sie können es intuitiv verstehen, aber es gibt nichts, was es aktiv bewirkt. Ebenso gibt es keinen Mechanismus hinter der Zeitdilatation.

In den sehr frühen Tagen der Relativitätstheorie, vor Einstein, hatten die Menschen die Idee der Längenkontraktion, und sie hatten einen Mechanismus dafür, der damit zu tun hatte, dass der Äther auf die Atome drückte oder so etwas. Es stellte sich heraus, dass das alles falsch war. Es gibt nichts, was die Atome dazu bringt, sich zusammenzuziehen. Längen sehen in verschiedenen Rahmen einfach anders aus. Ebenso sehen die Zeiten in verschiedenen Frames unterschiedlich aus.

Dies unterscheidet sich nicht sehr von der Art und Weise, wie wenn Sie ein Rechteck um 90 Grad neigen, seine Länge zu seiner Breite und seine Breite zu seiner Länge wird. Durch welchen Mechanismus tauschen sie? Keiner. So funktioniert Geometrie. Durch welchen Mechanismus ändern sich Zeiten und Längen? Nein, so funktioniert der Minkowski-Raum (die Geometrie der speziellen Relativitätstheorie).

Das primitive Lernkonzept heißt Raum-Zeit-Intervall, das wie eine Entfernung ist und für dessen Beschreibung es eine eigene Version des Satzes des Pythagoras gibt. Bei der Raumzeit geht es wirklich um Ereignisse mit Raumzeitintervallen dazwischen. Diese Intervalle sind weder Länge noch Zeit, sondern eine Kombination aus in Form von$\Delta s^2 = \Delta x^2 - c^2\Delta t^2$. Das ist das Ding, das immer gleich ist, aber damit es in allen Frames gleich ist, müssen Raum und Zeit umgeschaltet werden.

Angenommen, ich schnippe zum Beispiel mit den Fingern, warte einen Moment und schnippe dann erneut. Für mich sind diese beiden Dinge am selben Ort passiert, also$\Delta x = 0$. Wenn ich jedoch in einem Auto sitze und an Ihnen vorbeitreibe, denken Sie, dass sie an verschiedenen Orten passiert sind, also$\Delta x' = v \Delta t'$Wo$v$ist die Geschwindigkeit des Autos. Die Primzahlen ($'$) sind da, um anzuzeigen, dass dies Ihre Maße sind. Das Grundgesetz der Relativität ist

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

und das Einstecken dessen, was wir bereits über die wissen$\Delta x$Werte, bekommen wir

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

oder

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

das ist Zeitdilatation. Ich messe eine kürzere Zeit zwischen den Ereignissen als Sie, nur weil wir beide dasselbe Raumzeitintervall messen. Und weil ich eine kürzere Zeit messe, denken Sie, dass meine Uhren nachgehen. An den Uhren passiert natürlich nichts - sie funktionieren einwandfrei. Es ist nur eine Tatsache, dass das Intervall$\Delta s^2$ist bei uns gleich und so sind die Zeiten anders. Es gibt auch keinen Mechanismus hinter uns, der dasselbe Intervall misst. Das ist nur ein Postulat der Relativität, wie zum Beispiel das Parallelpostulat ein Teil der euklidischen Geometrie ist.

Wenn Sie auf diese Weise fortfahren und davon ausgehen, dass das Intervall unveränderlich ist, können Sie alle anderen Formeln berechnen, die Menschen bei der Einführung der Relativitätstheorie verwenden, einschließlich Längenkontraktion, Relativität der Gleichzeitigkeit, Geschwindigkeitsaddition, Lorentz-Transformationen und was immer Sie wollen. Sie sind alle nur Teile derselben Idee.

Es gibt ein schönes Laienbuch namens General Relativity From A to B von Robert Geroch, das die Geometrie der Relativitätstheorie ausführlich und mit Bildern beschreibt. Ich empfehle es sehr als Ausgangspunkt für die Relativitätstheorie.

Als Antwort auf Ihren letzten Teil der Frage: Ich nehme an, andere Theorien könnten die Zeitdilatation erklären, aber die Relativitätstheorie ist einfach, schön, erprobt, hat genaue Vorhersagen gemacht und strenge experimentelle Tests bestanden und ist tief in die gesamte theoretische Physik eingebettet. Es ist in allen von uns getesteten Maßstäben korrekt, und alle Abweichungen müssen bei sehr kurzen Längen, sehr hohen Energien usw. verborgen werden.

Um Mark Eichenlaubs nette Antwort zu ergänzen ...

Angenommen, Sie haben in der euklidischen Ebene zwei Personen,$P$Und$P'$, die sich am selben Punkt befinden (oder so nah wie möglich), aber sie zeigen in unterschiedliche Richtungen. Jeder von ihnen stellt sich die üblichen kartesischen Koordinatenachsen vor, sagen wir mit$x$-Achse in die Richtung, in die sie zeigen, was wir Tiefe nennen .

Vermute auch das$P'$hat einen nach außen gehaltenen Stab:

$P'$hält die$x'$Achse Tiefe sein , sagt natürlich zu$P$dass der Stab eine Tiefe hat $L$. Aber$P$widerspricht! Offensichtlich hat die Stange eine Tiefe von$L\cos\beta$– so weit geht das$x$-Achse, immerhin!

Nun sagen wir mal$P$hat seine eigene Stange entlang der$x$-Achse, und misst seine Tiefe zu sein$M$. Jetzt$P'$wird widersprechen - entsprechend$P'$Die Stange hat jetzt eine Tiefe$M\cos\beta$. Jeder behauptet, die Messungen des anderen seien um den gleichen Faktor falsch.

Was ist der Mechanismus der Tiefenkontraktion ?

Jetzt scheint es fast albern zu fragen: Die Ursache ist, dass sie in verschiedene Richtungen schauen und darauf bestehen, dass die Richtung, in die sie schauen, die richtige Tiefe ist . Es gibt nichts Geheimnisvolleres als sie, die in verschiedene Richtungen zeigen, wobei ihre Koordinaten durch eine Drehung miteinander verbunden sind:

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

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Hier ist die Sache: In der Raumzeit ist die "Richtung, in die du blickst" eine Geschwindigkeit . Beispielsweise kann man einen Vektor verwenden$[t;x] = [5\,\text{s};10\,\text{km}]$um eine Geschwindigkeit in der darzustellen$x$-Richtung von$10\,\text{km} / 5\,\text{s} = 2\,\text{km/s}$. Dieser Teil ist nicht einmal speziell-relativistisch; es ist genauso gültig in der galiläischen (newtonschen) Raumzeit.

Der Teil, der besonders relativistisch ist, ist, dass STR sagt, dass Raumzeitrotationen (häufiger als Boosts bezeichnet ) hyperbolisch funktionieren:

$$\begin{bmatrix}ct'\\x'\end{bmatrix} = \begin{bmatrix} \cosh\alpha & -\sinh\alpha \\ -\sinh\alpha & \cosh\alpha \\ \end{bmatrix} \begin{bmatrix}ct\\x\end{bmatrix}$$ Der Unterschied ergibt sich aus der unterschiedlichen Funktionsweise von Entfernungen im euklidischen Raum gegenüber der speziell-relativistischen Raumzeit $$\begin{eqnarray*} \text{Euclidean (Pythagoras)}\quad &\Delta s^2 = \Delta x^2 + \Delta y^2&\quad\text{cf. }\cos^2\theta + \sin^2\theta = 1\\ \text{STR (Lorentz)}\quad &\Delta s^2 = -c^2\Delta t^2 + \Delta x^2&\quad\text{cf. }\cosh^2\alpha - \sinh^2\alpha = 1\end{eqnarray*}$$

Eine Lorentz-Transformation ist ein Sonderfall einer Drehung in der Raumzeit. Normalerweise wird es in einer anderen Form geschrieben, aber dies ist äquivalent:$v = c\tanh\alpha$gibt$\gamma = \cosh\alpha$Und$\gamma v = c\sinh\alpha$.

Die Ursache der Zeitdilatation ist dann einfach, dass die Beobachter in verschiedene Richtungen in der Raumzeit „blicken“ – und wiederum ist die Richtung in der Raumzeit eine Geschwindigkeit.

Was ist der genaue Mechanismus, durch den sich die Zeit für ein sich schnell bewegendes Objekt ausdehnt?

Es gibt keine intuitive Erklärung oder einen anderen speziellen Mechanismus, um SR-Effekte zu beschreiben, außer der Vereinigung der Raumzeit. Die Ansicht basiert vollständig auf ihren Postulaten. Es gibt keine Absolutheit in der Zeit. Es gibt keinen bevorzugten Referenzrahmen, was bedeutet , dass jeder Beobachter mit seiner eigenen Uhr, die er trägt, einverstanden ist.$c$ist der schnellstmögliche Informationsweg, mit dem zwei Beobachter miteinander kommunizieren können. Grundsätzlich kann dieser Effekt erklärt werden, indem man mit einem Ereignis beginnt und Raumzeitdiagramme zwischen sich träge bewegenden Beobachtern zeichnet, wie sie das Licht von diesem Ereignis beobachten.

Angenommen, eine Bombe explodiert zwischen einem ruhenden Beobachter und einem Beobachter, der sich mit konstanter Geschwindigkeit relativ zum stationären Beobachter bewegt. Beide Beobachter sind sich einig, dass das Ereignis stattgefunden hat. Aber sie stimmen einfach nicht überein mit "Wann geschah das Ereignis?" und dies ist eine Intro-Version für diese Frage ...

Kann die Zeitdilatation durch eine andere Theorie als die Relativitätstheorie erklärt werden?

Es gab keine neue Theorie, um nur die Zeitdilatation zu zeigen . Denn es wäre keine Theorie. Eine neue Theorie ist etwas, das jede Vorhersage ihres Vorgängers und das Unerklärte der alten Theorie erklärt. Aber es gab viele experimentelle Nachweise für die Zeitdilatation, wie den späten Zerfall von Myonen auf Lebenszeit (dh) und auch einen komischen, aber ermutigenden: die Verlangsamung der Zeit, wenn Sie im Auto reisen (obwohl ich die radikale Änderung des Zeitintervalls bezweifle, es ist immer noch gut für den Anfang zu glauben)

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Was mich betrifft, ist dies eine Frage, die eine sehr umfassende Antwort erfordert. Hier sind einige Vorschläge, die Ihnen helfen können, die Mechanik zu verstehen :
Helfen Sie mir, ein intuitives Verständnis der Lorentz-Kontraktion zu erlangen.
Was sind die Mechanismen, durch die Zeitdilatation und Längenkontraktion auftreten?
Zeitdilatation - Woher weiß es, in welchem ​​Bezugsrahmen es langsamer altern soll?

Die spezielle Relativitätstheorie selbst macht deutlich, dass Absolutheiten nicht erkannt werden können, wie z. B. absolute Ruhe im Raum oder die Unfähigkeit, absolute Bewegung zu erkennen. Dies verhindert daher ein absolutes Verständnis der speziellen Relativitätstheorie, da das, was die spezielle Relativitätstheorie offenbart, nicht bis zum absoluten Punkt reicht. Somit wird die absolute Grundlage, in der die spezielle Relativitätstheorie liegt, nicht aufgedeckt.

Daher wird auch die wahre Ursache der Zeitdilatation nicht aufgedeckt.

Dieses Problem kann jedoch gelöst werden. Wir müssen am Nullpunkt beginnen. Wir müssen mit Absoluten beginnen.

Stellen Sie sich eine absolute 4-dimensionale Raum-Zeit-Umgebung vor. Stellen Sie sich dann die absolute Bewegung vor, die in dieser Umgebung vor sich geht. Lassen Sie uns sagen, dass diese andauernde Bewegung allen Objekten gemeinsam ist und dass die Größe dieser andauernden Bewegung der Größe der Bewegung entspricht, die Licht hat, wenn es sich durch den Raum bewegt. Dies ist als (c) bekannt. Obwohl alle Objekte innerhalb der Raumzeit ständig in Bewegung sind, ist die Änderung ihrer individuellen Bewegungsrichtung immer noch eine offene Option.

Wenn man dann fortfährt, das Ergebnis solcher Umstände zu untersuchen, ist das Ergebnis das Phänomen, das als „Spezielle Relativitätstheorie“ bekannt ist. Somit führt eine "absolute" Grundlage zu einem "relativistischen" Ergebnis.

Änderung der Fahrtrichtung, bestimmt das Gleichgewicht zwischen Bewegung über den Raum und Bewegung über die Zeit. Fahrtrichtungswechsel führt auch zu Rotation innerhalb der Raumzeit. Der Rest sind nur Details.

Siehe https://www.youtube.com/embed/KKAwpEetJ-Q?list=PL3zkZRUI2IyBFAowlUivFbeBh-Mq7HdoQ für die 1 Stunde 37 Minuten lange Berichterstattung über die Analyse des Ergebnisses der absoluten Grundlage.

Unser sichtbares Universum besteht aus 3 Raumdimensionen und 1 Zeitdimension. Alle Objekte im Universum existieren in diesem Raum-Zeit-Kontinuum. Raum und Zeit sind nicht zwei voneinander unabhängige Einheiten. Raum und Zeit sind eng miteinander verbunden als eine Einheit namens Raumzeit. Wie bereits erwähnt, erleben alle stationären Objekte ihre Zeit in diesem sichtbaren Universum. Aber kein Objekt im Universum ist stationär. Jedes einzelne Objekt bewegt sich relativ zueinander. Wenn sich ein Objekt mit einer Geschwindigkeit bewegt, erfährt es langsam Zeit. Denn neben dem sichtbaren Universum gibt es ein unsichtbares Universum, das mit dem sichtbaren Universum verflochten ist. Sogar dieses unsichtbare Universum besteht aus Raum und Zeit, ist aber unterschiedlich kombiniert und hat daher eine andere Natur. Im sichtbaren Universum (VU) ist Raum ≠ 0 und Zeit ≠ 0. Raum besteht aus 3 Dimensionen Länge, Breite und Höhe. Insgesamt gibt es also 4 Dimensionen. Aber im unsichtbaren Universum ist Raum ≠ 0, aber Zeit = 0 und sogar in diesem Universum gibt es 4 Dimensionen. Aber diese Dimensionen unterscheiden sich von den Dimensionen im sichtbaren Universum, weil Raum und Zeit auf unterschiedliche Weise gebunden sind. Im unsichtbaren Universum können seit Zeit = 0 keine Ereignisse stattfinden, aber seit Raum ≠ 0 kann Materie existieren. Die Verlangsamung der Zeit eines sich bewegenden Objekts ist darauf zurückzuführen, dass ein sich bewegendes Objekt seine Zeit nicht vollständig im sichtbaren Universum verbringt , verbringt es einen Teil seiner Zeit im unsichtbaren Universum. Es ist nicht so, dass die Dinge für ein sich schnell bewegendes Objekt in Zeitlupe passieren, es ist so, dass es für eine bestimmte Zeit nicht im sichtbaren Universum existiert. Aber im unsichtbaren Universum ist Raum ≠ 0, aber Zeit = 0 und sogar in diesem Universum gibt es 4 Dimensionen. Aber diese Dimensionen unterscheiden sich von den Dimensionen im sichtbaren Universum, weil Raum und Zeit auf unterschiedliche Weise gebunden sind. Im unsichtbaren Universum können seit Zeit = 0 keine Ereignisse stattfinden, aber seit Raum ≠ 0 kann Materie existieren. Die Verlangsamung der Zeit eines sich bewegenden Objekts ist darauf zurückzuführen, dass ein sich bewegendes Objekt seine Zeit nicht vollständig im sichtbaren Universum verbringt , verbringt es einen Teil seiner Zeit im unsichtbaren Universum. Es ist nicht so, dass die Dinge für ein sich schnell bewegendes Objekt in Zeitlupe passieren, es ist so, dass es für eine bestimmte Zeit nicht im sichtbaren Universum existiert. Aber im unsichtbaren Universum ist Raum ≠ 0, aber Zeit = 0 und sogar in diesem Universum gibt es 4 Dimensionen. Aber diese Dimensionen unterscheiden sich von den Dimensionen im sichtbaren Universum, weil Raum und Zeit auf unterschiedliche Weise gebunden sind. Im unsichtbaren Universum können seit Zeit = 0 keine Ereignisse stattfinden, aber seit Raum ≠ 0 kann Materie existieren. Die Verlangsamung der Zeit eines sich bewegenden Objekts ist darauf zurückzuführen, dass ein sich bewegendes Objekt seine Zeit nicht vollständig im sichtbaren Universum verbringt , verbringt es einen Teil seiner Zeit im unsichtbaren Universum. Es ist nicht so, dass die Dinge für ein sich schnell bewegendes Objekt in Zeitlupe passieren, es ist so, dass es für eine bestimmte Zeit nicht im sichtbaren Universum existiert. Aber diese Dimensionen unterscheiden sich von den Dimensionen im sichtbaren Universum, weil Raum und Zeit auf unterschiedliche Weise gebunden sind. Im unsichtbaren Universum können seit Zeit = 0 keine Ereignisse stattfinden, aber seit Raum ≠ 0 kann Materie existieren. 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Es ist nicht so, dass die Dinge für ein sich schnell bewegendes Objekt in Zeitlupe passieren, es ist so, dass es für eine bestimmte Zeit nicht im sichtbaren Universum existiert. Die Verlangsamung der Zeit eines sich bewegenden Objekts ist darauf zurückzuführen, dass ein sich bewegendes Objekt seine Zeit nicht vollständig im sichtbaren Universum verbringt, sondern einen Teil seiner Zeit im unsichtbaren Universum verbringt. Es ist nicht so, dass die Dinge für ein sich schnell bewegendes Objekt in Zeitlupe passieren, es ist so, dass es für eine bestimmte Zeit nicht im sichtbaren Universum existiert. Die Verlangsamung der Zeit eines sich bewegenden Objekts ist darauf zurückzuführen, dass ein sich bewegendes Objekt seine Zeit nicht vollständig im sichtbaren Universum verbringt, sondern einen Teil seiner Zeit im unsichtbaren Universum verbringt. Es ist nicht so, dass die Dinge für ein sich schnell bewegendes Objekt in Zeitlupe passieren, es ist so, dass es für eine bestimmte Zeit nicht im sichtbaren Universum existiert.

http://www.scribd.com/doc/138077520/Space-Time-2013