Was ist die eigentliche Ursache der Zeitdilatation? Hängt es von der Größe der Geschwindigkeit ab? Oder ist es auch richtungsabhängig?

Hallo, ich denke, dies wird in der Mathematik beantwortet, die diese Antwort umgibt ( Relativity Tangential Light Clock , in der ich eine grundlegende Ableitung der Lorentz-Kontraktion mache [viele Möglichkeiten, dies zu tun, übrigens])

Zusammenfassend ist also der anfängliche Einfluss der Relativgeschwindigkeit tatsächlich gerichtet. Natürlich wäre es so, die Relativgeschwindigkeit ist ein Vektor. Licht und damit die Interaktionsrate aller Dinge dauert in dieser relativen Richtung länger.

Der nächste Schritt ist zu berücksichtigen, dass die Zeit von uns als Skalar wahrgenommen wird. Ich meine, intuitiv würden Sie einfach keine Physik bauen, in der die verstrichene Zeit mit der Richtung variiert. (Nun bin ich mir sicher, dass es da draußen natürlich ein oder zwei Theoretiker gibt, die es ausprobiert haben.) In Bezug auf das "Äquivalenzprinzip", die grundlegende Annahme der Relativitätstheorie, suchen wir in jedem äquivalenten Rahmen nach skalarer [richtungshomogener] Zeit. Dies, damit die gleiche Physik in diesen Frames funktioniert.

Unsere Wahrnehmung/Vermessung des Universums muss damit fertig werden? Wir nehmen wahr, dass im Wesentlichen alles in Fahrtrichtung außerhalb unseres eigenen Rahmens kürzer erscheint, das berühmte Phänomen der „Längenkontraktion“. Die Dinge sind genau um den richtigen Betrag kürzer, um unsere Wahrnehmung der Skalarzeit in diesen anderen Frames zu erreichen. Um genau den richtigen Betrag kürzer, damit unsere physikalischen Gesetze gelten, sodass der Rahmen unserem eigenen entspricht .

„Mir wurde ursprünglich beigebracht, dass, wenn zwei Raumschiffe relativ zueinander reisen, die Zeit der Uhr in Raumschiff 1, die die Person in Raumschiff 1 sieht, sich von der Zeit der Uhr in Raumschiff 1 unterscheidet, die eine Person im Raumschiff hat 2 sieht."

Dies mag durchaus der Fall sein, aber es ist nicht das, was Zeitdilatation (TD) bedeutet. TD ist nicht auf die Laufzeit des Lichts zurückzuführen (obwohl Argumente, dass es stattfinden muss, die Laufzeit des Lichts betreffen können).

Die Spezielle Relativitätstheorie fordert inertiale Referenzsysteme, die an jedem Punkt im Raum mit (synchronisierten) Uhren ausgestattet sein sollen, damit einem Ereignis sowohl eine Zeit (von einer Uhr direkt daneben) als auch drei räumliche Ordinaten.

Wir können daher das Zeitintervall bestimmen – es nennen$\Delta t$– zwischen zwei Ereignissen in einem Frame (S) und in einem anderen Frame (S') – nenne es$\Delta t'$. Ziemlich offensichtlich wird auch die räumliche Trennung der Ereignisse in S und S' unterschiedlich sein.

Wir können zeigen (auf einer einführenden Ebene mit dem Querstab-und-Spiegel-Gedankenexperiment), dass die Zeit zwischen den Ereignissen am kürzesten ist (nennen wir es$\Delta \tau$) in dem Rahmen, in dem die Ereignisse am selben Ort stattfinden ($\Delta x=0$). Die Zeit zwischen den Ereignissen in jedem anderen Frame ist gegeben durch

TD ist also eine Folge der Natur von Zeit und Raum und nicht wirklich Licht. Über die Rolle könnte noch mehr gesagt werden$\Delta \tau$. TD wird oft als "laufende Uhren laufen langsam" zusammengefasst, was in Ordnung ist, wenn Sie wissen, was es bedeutet! Was es nicht bedeutet, ist, dass sich bewegende Uhren, wie sie von jemandem gelesen werden , der sich relativ zu ihnen bewegt, langsam lesen.

Die Zeitdilatation wird durch eine seltsame Eigenschaft des Universums verursacht: Das Universum hat eine maximale Geschwindigkeit, mit der sich Dinge in ihm bewegen können. Kein Objekt kann sich schneller als diese Geschwindigkeit bewegen . Objekte ohne Masse [wie Photonen, das Lichtteilchen] bewegen sich mit dieser Geschwindigkeit, aber nicht schneller – wir sagen „Lichtgeschwindigkeit“, aber es wäre wahrscheinlich besser, „die Höchstgeschwindigkeit des Universums“ zu sagen, weil Auch andere Dinge können sich mit dieser Geschwindigkeit bewegen, nicht nur Licht.

Geschwindigkeit, das wissen wir, ist$\text{length-per-time}$. Das heißt, die Geschwindigkeit eines Objekts kann in Einheiten quantifiziert werden, die messen, wie weit es in einem bestimmten Zeitraum gegangen ist. (dh -$\text{miles per hour}$oder$\text{kilometers per second}$).

Warum also bedeutet die Existenz einer Höchstgeschwindigkeit (nennen wir es$c$) Zeitdilatation verursachen? Nun, die Geschwindigkeit eines Objekts ist relativ . Wenn ich still stehe und du in ein Auto fährst, fährt das an mir vorbei$60$mph, dann, wenn ich Sie mit einem Tacho takte, bewegt sich Ihr Auto mit$60$mph Aber was ist, wenn Sie immer noch fahren$60$mph, und ich fahre in der entgegengesetzten Richtung an dir vorbei$70$km/h? Für mich würde sich Ihr Auto bewegen$130$mph (obwohl Sie den gleichen Druck auf das Gaspedal beibehalten haben).

Gut, ok. Das erklärt immer noch nicht wirklich, warum Zeitdilatation auftritt. Aber denken Sie daran: Was passiert, wenn Sie an fahren$(2/3)c$(also zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit) und ich fahre an dir vorbei, in entgegengesetzter Richtung, ebenfalls an$(2/3)c$? Dann, wenn ich dich stoppe, solltest du umziehen$(4/3)c$... Rechts?

Aber es gibt eine Höchstgeschwindigkeit , mit der sich alles in jedem Bezugsrahmen bewegen kann . Also kann ich dich nicht stempeln$(4/3)c$, denn das ist schneller als die maximale Geschwindigkeit. Nehmen wir an, ich messe Ihre Geschwindigkeit in$\dfrac{\text{kilometers}}{\text{second}}$. Da ich deine Geschwindigkeit nicht messen kann$(4/3)c$, es muss sein, dass ich deine Geschwindigkeit als weniger als messe$c$(seit$c$ist das Maximum).

Wie funktioniert$\dfrac{\text{kilometers}}{\text{second}}$plötzlich ... kleiner werden?

Es wird kleiner, wenn die$\text{second}$im Nenner zunimmt (Zeitdilatation) oder wenn die$\text{kilometers}$im Zähler abnimmt (Längenkontraktion). Das heißt – für dieses Szenario, in dem wir aneinander vorbeifahren$(2/3)c$zu trainieren, während das Universum eine maximale Geschwindigkeit hat, Ihre$\text{second}$muss länger sein als meine. Also Zeitdilatation. Es wird durch die Tatsache verursacht, dass das Universum in jedem Bezugsrahmen eine maximale Geschwindigkeit hat, mit der sich alles bewegen kann.

Zunächst einmal muss man sich darüber im Klaren sein, dass visuelle Beobachtung keine Messung ist. Da ist ein Unterschied. Visuelle Beobachtung ist, wenn die Photonen oder Lichtstrahlen von einem Objekt Ihr „Auge“ erreichen (dh das Messgerät, das sich an einem bestimmten Punkt im Koordinatensystem befindet).

Stellen Sie sich nun vor, Sie hätten Ihr Koordinatensystem angelegt und an jedem Punkt im Raum eine Uhr platziert, sodass jedes Mal, wenn ein Ereignis eintritt, die Uhr an diesem Punkt die Zeit aufzeichnet. Das ist Messung.

Die Zeitdilatation ist ein reales Phänomen und der Grund ist die Relativität der Gleichzeitigkeit. Beide würden sagen, dass sie Recht haben und die andere Person falsch liegt, weil sie sagen würden, dass die Uhren des anderen Beobachters nicht synchronisiert sind und daher eine Zeitdilatation stattfindet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Gleichzeitigkeit aufgrund der Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit in allen Referenzrahmen gleich ist, zu einem relativen Konzept wird, wodurch die Uhren unsynchronisiert erscheinen und eine Zeitdilatation stattfindet.

Ich habe gelesen, dass die durch die relative Geschwindigkeit zweier Beobachter verursachte Zeitdilatation, die dazu führt, dass die Wahrnehmung des anderen Zeitablaufs langsamer ist, so erklärt wird, dass jeder Beobachter den anderen Beobachter beobachtet, der sich ihnen mit der gleichen Geschwindigkeit nähert, dh von dort aus Als Referenz beobachten sie jeweils die gleiche Geschwindigkeit des anderen Beobachters, der sich ihnen nähert. Wenn Sie sich ein Universum mit nur einem Beobachter vorstellen und sonst nichts, sehen Sie, dass der Beobachter nicht weiß, ob er sich bewegt oder nicht, bis ein zweiter Beobachter das Universum betritt und sie haben ein Bezugsrahmen, mit dem die Relativgeschwindigkeit der anderen zu ihrer gemessen werden kann.

Da die Lichtgeschwindigkeit in allen Referenzrahmen gleich ist, bedeutet dies, dass die Entfernung, die die Beobachter zurücklegen, kürzer sein muss als die, die ein Beobachter zum anderen erfährt, und umgekehrt muss sich die vergangene Zeit verkürzt haben, um die konstante Geschwindigkeit beizubehalten, sodass sie eine Verlangsamung beobachten des Zeitablaufs der anderen relativ zu ihrer.

Und voilla beobachten sie die Zeitdilatation