Bedeutet die spezielle Relativitätstheorie mehrere Realitäten?

Vielen Dank fürs Lesen. Bevor Sie meine Frage beantworten, muss ich Sie wissen lassen, dass ich immer noch ein Anfänger in der speziellen Relativitätstheorie bin ... also je gründlicher die Antwort, desto besser. Danke schön! Okay, hier gehts:

Alice und Bob bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit v relativ zueinander.

Schauen wir uns zuerst Alices Standpunkt an.

Aus Alices Sicht läuft Bobs Uhr langsamer als ihre. Das heißt, für die Zeit, die Bob reist, während Alice sich altern sieht T Jahren sieht sie Bob altern T 1 − v 2 C 2 Jahre.

Nehmen wir an, Bob reist eine Strecke D wie von Alice gemessen.

Um die Tatsache zu rechtfertigen, dass Alice denkt, dass Bob auf dieser Strecke weniger gealtert ist als sie D , würde sie sagen, dass er aus Bobs Sicht nur das Gefühl gehabt haben muss, eine Strecke von gereist zu sein D 1 − v 2 C 2 .

Sie kommt zu dem Schluss, dass die Art und Weise, wie die Zeit vergeht, definiert ist als die Entfernung, die sich das Licht von jemandem wegbewegt, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit. Licht muss sich weniger von Bob entfernt haben als von ihr, und daher muss weniger Zeit für ihn vergangen sein.

Aus Bobs Sicht wäre es jedoch Alice gewesen, die sich mit einer Geschwindigkeit von bewegt hätte v relativ zu ihm hätte er gesagt, dass sie um einen Betrag gealtert ist T 1 − v 2 C 2 für jederzeit T das ging für ihn durch, und daher hätte er das aus ihrer Sicht auf die Distanz geschlossen D muss sich angefühlt haben D 1 − v 2 C 2 .

Bedeutet das, dass der Bob in Alices Realität und der Bob in seiner eigenen Realität … zwei verschiedene Bobs sind?

Danke

Dies scheint mit The Twin Paradox verwandt zu sein: en.wikipedia.org/wiki/Twin_paradox
Einige Kommentare gelöscht. Zur Erinnerung: Kommentare dienen dazu, um Erläuterungen zu bitten oder Verbesserungen für einen Beitrag vorzuschlagen, nicht um die Frage zu beantworten.
Ich werde das nicht fälschen, aber es ist im Grunde ein Duplikat von Wie kann die Zeitdilatation symmetrisch sein?

Antworten (6)

Ich werde nicht wirklich darauf eingehen, was man mit „mehreren Realitäten“ meinen könnte, aber ich denke, dass dies dennoch nützlich sein kann.

Nehmen wir an, wir stehen uns gegenüber. Links von mir sehe ich ein Gebäude. Rechts sehen Sie ein Gebäude. Bedeutet das, dass es zwei verschiedene Gebäude gibt? Nehmen wir an, ich zeige dann nach rechts, und Sie sagen, ich habe nach links gezeigt. Haben wir gerade zwei neue Realitäten geschaffen?

Wenn ich mit konstanter Geschwindigkeit die Straße hinunterfahre, sehe ich ein Gebäude an mir vorbeifahren und mein Auto in Ruhe relativ zu mir. Wenn Sie sich jedoch im Gebäude befinden, sehen Sie ein fahrendes Auto und ein stehendes Gebäude. Bedeutet das, dass wir in zwei verschiedenen Realitäten existieren?

Gehen wir noch ein bisschen weiter ... Nehmen wir an, wir schweben beide im Weltraum, ohne dass etwas anderes um uns herum sichtbar ist. Nehmen wir an, ich sehe dich mit konstanter Geschwindigkeit an mir vorbeifahren. Dann wirst du mich mit konstanter Geschwindigkeit an dir vorbeiziehen sehen. Wenn wir uns beide später treffen würden, würde es für keinen von uns absolut möglich sein, zu sagen, dass einer sich bewegt, während der andere ruht. Bedeutet dies, dass wir in zwei verschiedenen Realitäten existierten, nur weil wir uns in unterschiedlichen Trägheitssystemen befanden?

Nein, es ist alles die gleiche "Realität". Es ist nur das, was verschiedene Beobachter sehen, relativ zu dem Rahmen, in dem sie sich befinden. Deshalb wird es Relativität genannt. Wenn wir anfangen, darüber zu sprechen, wie Längen und Zeiten relativ sind, wird es natürlich kontraintuitiver, da wir es nicht bei unseren langsamen relativen Geschwindigkeiten erleben, aber die Idee ist im Wesentlichen dieselbe.

Aaron, vielen Dank ... aber es gibt einen Unterschied zwischen Ihrem Beispiel und meiner Verwirrung (ich würde sagen, mein Beispiel, aber ich weiß, dass ich nur verwirrt bin). Wenn ich Sie in Ihrem Beispiel frage, während Sie die Straße hinunterfahren, würden Sie sagen, dass sich das Gebäude und die Straße bewegen, und wenn ich die Person im Gebäude fragen würde, würden sie sagen, dass sich das Auto bewegt. Wenn die Person im Gebäude und Sie sich jedoch treffen, müssen Sie sich auf die ... na ja, die Realität einigen, in der Sie sich befinden! An dem Gebäude oder der Straße hat sich nichts grundlegend geändert ... aber (Fortsetzung beim nächsten Kommentar)
.... im Beispiel von Alice und Bob fragt Alice jedoch einen Bob in ihrer Realität, dass sie das Alter weniger gesehen hat und dass sie denkt, dass sie eine Längenkontraktion erlebt haben muss. Und wenn sie ihn fragen würde, wäre dies der Fall. Würde Bob jedoch Alice fragen, wäre sie diejenige, die weniger alterte und diejenige, die eine Längenkontraktion erfuhr ... wären also der Bob, den Alice fragt, und der andere Bob nicht unterschiedliche Bobs? ...........Hmm......es sei denn, etwas passiert, wenn Alice und Bob sich treffen, was die beiden Bobs wieder zu einem Bob zusammenbringt, genauso wie wenn sich die Person im Gebäude trifft und ...
...die Person, die zuvor im Auto saß, trifft sich, sie einigen sich auf Dinge?? Ich habe gerade meinen Kommentar oben gelesen und mir ist klar, dass es ein wenig lächerlich klingt, aber ich bin wirklich sehr gestresst darüber, ob Bob sich in zwei Bobs aufteilt oder nicht!
@JoshuaRonis Siehe meine Bearbeitung. Außerdem wird das Meeting-Backup in Bezug auf das Altern schwierig ... Sie sollten das Zwillingsparadoxon nachschlagen und wie es gelöst wird.
Du nimmst die High Road und ich die Low Road. Das heißt nicht, dass es zwei Du gibt, nur zwei Wege, zwei Perspektiven.
@JoshuaRonis: Ja, wenn Sie damit beginnen und enden, dass Alice und Bob sich beide mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen (so dass sie sich darauf einigen, welche Ereignisse vor und nach dem Experiment gleichzeitig stattfinden), dann einigen sie sich auch auf die Menge der Eigenzeit jeder von ihnen erlebt. Sie werden nie in eine Situation geraten, in der Alice denkt, dass sie jetzt älter als Bob ist, während Bob denkt, dass er jetzt älter als Alice ist, es sei denn, Alice und Bob bewegen sich immer noch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (und räumlich getrennt) und sind sich daher nicht einig, wann (und wo). ) "jetzt" ist entlang ihrer jeweiligen Weltlinien.
Ich möchte einen weiteren Vergleich hinzufügen, der mir geholfen hat, dieses seltsame Konzept zu verstehen: Stellen Sie sich vor, wir stehen zwanzig Meter voneinander entfernt. Wenn ich meine Hand ausstrecke, solltest du nicht größer sein als mein Daumen. Für mich sieht es so aus, als wärest du geschrumpft! Wenn Sie dasselbe aus Ihrer Perspektive tun, bin ich derjenige, der winzig ist. Bedeutet das, dass wir in unterschiedlichen Realitäten leben? :)
Gute Antwort, konzentriert sich jedoch auf Relativitäts- und Trägheitsreferenzrahmen. Das Zwillingsparadoxon ist besonders verwirrend, weil es nicht vollständig in Trägheitsbezugssystemen stattfindet.
@Jay Sie können das Zwillingsparadoxon tatsächlich nur mit Trägheitsrahmen erklären (auf mathematisch äquivalente Weise). Außerdem bringt das OP nicht einmal das Zwillingsparadoxon zur Sprache, das nicht dasselbe ist wie nur zwei Beobachter, die sich relativ zueinander bewegen.
Ich habe die Frage möglicherweise falsch interpretiert, indem ich angenommen habe, dass sie zueinander zurückkehren würden, um das Alter (oder die vergangene Zeit) zu vergleichen.
@Jay Ja, das wäre ein logischer nächster Schritt, und das OP deutet dies in den Kommentaren oben an. Ich habe das OP verwiesen, um sich bereits mit dem Zwillingsparadoxon zu befassen. Der aktuelle Beitrag bezieht sich jedoch weder auf das Zwillingsparadoxon noch auf das damit verbundene Szenario.

Entspannen Sie sich, atmen Sie tief ein :-) Mir scheint, dass Sie nicht erkennen, dass Alice und Bob zwei verschiedene Zeiten haben. Das heißt, was Alice Zeit nennt, nennt Bob eine Mischung aus Raum und Zeit. Wenn Sie also ein einzelnes Diagramm zeichnen, das alle Ereignisse in Raum und Zeit auf einer Seite zeigt, und dann Alices Zeit zeichnen, werden Sie feststellen, dass sie auf dem Diagramm eine andere Richtung hat als Bobs Zeit. Um die Relativitätstheorie zu verstehen, ist es am besten, diesen Punkt zuerst in den Griff zu bekommen. Alice und Bob sind sich nicht einig darüber, was simultan ist. Hier gibt es also keinen Konflikt und daher keine Notwendigkeit für zwei Realitäten. Obwohl Sie vielleicht denken, dass zwei Zeitrichtungen dasselbe sind, ist das gesamte Diagramm eine einzige kompatible Hintergrundrealität.

Danke! Ich werde dieser Idee der Meinungsverschiedenheit in dem, was gleichzeitig ist, mehr nachgehen, und ich werde auf Sie zurückkommen!
Für das, was es wert ist – ich füge hinzu, Alice und Bob scheinen ein anderes Universum zu erleben, weil sie Ereignisse aus der Raumzeit in einer anderen Reihenfolge und mit unterschiedlichen Raten aufnehmen, aber die Ereignisse selbst sind genau gleich.
@Joshua: minutephysics auf YouTube hat eine großartige Serie, die diese Dinge erklärt.

Die Analogie, die mir (etwas) geholfen hat, ist die eines Doppler-Effekts. Angenommen, Sie sitzen in einem Auto und fahren mit konstanter Geschwindigkeit. Sie hören den Motor des Autos in mittlerer Frequenz brummen. Ein Umstehender wird jedoch das Auto beim Annähern mit einer hohen Frequenz summen hören und dann beim Abfahren mit einer niedrigen Frequenz.

Die Realität ist für alle gleich, aber die Messungen darüber (die Frequenz des Tons) stimmen nicht überein. Unser Verständnis der Realität erlaubt es uns jedoch, diese Unterschiede zu berechnen, und der Zuschauer wird in der Lage sein zu sagen, was der Fahrer hört, und umgekehrt.

Dasselbe gilt für die Relativitätstheorie. Wenn wir etwas darüber messen (die "Zeit"), unterscheiden sich unsere Ergebnisse, obwohl die zugrunde liegende Realität dieselbe ist. Und wir können unser Verständnis der Gesetze der Physik nutzen, um zu berechnen, was die andere Person misst.

Dieses „Zwillingsparadoxon“ ist nicht so sehr ein Paradoxon. Ich versuche es mal mit einer Analogie...

Es ist eher so, als würden sowohl Alice als auch Bob ihr Alter mit Uhren messen, und es handelt sich zufällig um Uhren, die von dem ungeschickten Lehrling handgefertigt werden. Sie haben einige Genauigkeitsprobleme und Alices Uhr läuft etwas langsamer als die von Bob.

Also - irgendwann behaupten sie, dass sie gleich alt sind, und synchronisieren ihre Uhren. Dann lässt sich Bob aufs Sofa fallen, trinkt ein Bier und schaut sich einen Film an, während Alice joggen geht. Als sie zurück ist, sagt Alices Uhr, dass sie etwas jünger ist als Bob, weil ihre Uhr etwas langsamer lief.

Nun – der Unterschied zur speziellen Relativitätstheorie ist, dass die Uhren vom besten Uhrmacher der Schweiz – einem echten Meister seines Fachs – hergestellt wurden und genau sind. Dass diese Uhren dann schief gehen, liegt nicht am mangelnden Geschick des Uhrmachers, sondern an der Geschwindigkeit, mit der Alice lief. So bleibt Alice jung und faltenfrei (was wir uns alle wünschen).

Hier braucht es keine alternativen Realitäten. IIRC die Theorie über verschiedene Realitäten ist mehr mit überlagerten Quantenzuständen verbunden ( https://en.wikipedia.org/wiki/Many-worlds_interpretation )

Das ist nicht das ganze Zwillingsparadoxon. Das Paradoxe ist, dass sowohl Alice als auch Bob sehen, dass die Uhr der anderen Person langsam läuft, während sie sich relativ zueinander bewegen, also welche ist richtig und wer wird jünger sein, wenn sie sich wiedersehen?
@Jim - Irgendwann müssen sie langsamer werden und sich umdrehen und zurückkommen - und dann scheinen sie viel schneller zu altern, bis die Unterschiede verschwinden, wenn sie sich endlich treffen.
Gutes Argument. Es stellt sich heraus, dass es damit zusammenhängt, dass sich Alice nicht in einem Trägheitsbezugssystem befindet, und wir benötigen Korrekturfaktoren. Aber Alice und Bob bleiben in der gleichen Realität, wir brauchen nicht viele Welten, um das zu erklären.
Ich glaube nicht, dass das OP nach dem Zwillingsparadoxon gefragt hat. Die Frage ist, wenn Alice sieht, dass Bobs Uhr langsam geht, warum sieht Bob dann nicht, dass Alices Uhr schnell geht. Ich habe in der Frage keinen Hinweis auf das Anhalten und Wenden gesehen. Tatsächlich ist das Zwillingsparadoxon vom Standpunkt der Art der Frage aus mit dem gesunden Menschenverstand viel besser erklärbar. Aus der Sicht von Bob beispielsweise geht Alice auf eine Reise, bei der sie nicht so sehr altert. Aber Alice und Bob sind sich über den Altersunterschied einig. Erst wenn man sich die Symmetrie der Relativitätstheorie ansieht, stellt sich das Problem, und dafür braucht man keine Zwillinge.

Ich würde sagen, es impliziert eher, dass es keine "Realität" gibt. Das heißt: Es gibt keine aussagekräftige, universelle „t“-Koordinate, mit der man die Zeit ermitteln könnte, die vergangen ist, bis ein Subjekt seinen Weg in die Zukunft gegangen ist. Und für Ihre

während Alice sich altern sieht T Jahren sieht sie Bob altern T 1 − v 2 C 2 Jahre

ja Alice sieht ihr Alter an T Jahre, aber es gibt kein bestimmtes "während", das sie als Bobs Zählung sehen könnte. Beide T 1 − v 2 C 2 Zu T 1 − v 2 C 2 nahe genug (raumähnliche) Punkte wären, um sie als gleichzeitig mit ihr zu betrachten T Moment.

Lassen Sie uns weiter spezifizieren, dass Alice und Bob am selben Ort beginnen und sich später treffen und ihre Standpunkte vergleichen. Bob geht einfach weiter, während Alice sich umdreht und eilt, um aufzuholen.

Alices Perspektive:

  1. Bobs Uhr geht langsam. Sie behält eine Stunde lang eine konstante Geschwindigkeit bei und berechnet, dass Bob weniger als eine Stunde gealtert ist.
  2. Alice dreht sich um. Dazu muss sie schnell auf Bob zu beschleunigen. Sie berechnet, dass Bobs Uhr während ihrer Beschleunigung schnell lief. Sehr schnell. Wie schnell Bobs Uhr aus Sicht von Alice während ihrer Beschleunigung läuft, hängt nicht nur davon ab, wie stark Alice beschleunigt, sondern auch davon, wie weit Bob von ihr entfernt ist.
  3. Alice fährt mit konstanter Geschwindigkeit auf Bob zu. Bobs Uhr geht wieder langsam.
  4. Sie treffen sich und tauschen sich aus. Bobs Uhr, die während Alices Beschleunigung schnell lief, machte tatsächlich einen größeren Unterschied, als wenn sie den Rest der Zeit langsam lief, also ist Bob mehr gealtert als Alice.

Bobs Perspektive:

  1. Alices Uhr geht langsam. Er behält über eine Stunde lang eine konstante Geschwindigkeit bei und berechnet, dass Alice eine Stunde gealtert ist.
  2. Alice dreht sich um. Das dauert nicht lange und macht kaum einen Unterschied.
  3. Alices Uhr läuft, nachdem sie kurzzeitig so schnell gelaufen ist wie die von Bob, wieder langsam. Er behält weiterhin eine konstante Geschwindigkeit bei, während Alice aufholt.
  4. Sie treffen sich und tauschen sich aus. Alices Beschleunigung hatte einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Gesamtzeit, also bedeutet Alices Uhr, die den Rest der Zeit langsam läuft, dass Alice weniger gealtert ist als Bob.

Endergebnis, nachdem sie sich wieder getroffen haben, sind sie sich einig, dass Alice weniger und Bob mehr gealtert ist. Sie werden sich sogar über die Größenordnung des Unterschieds einigen.

Sie könnten sich dann fragen, warum Alice diejenige ist, die weniger gealtert ist? Der Grund dafür ist, dass sie diejenige ist, die beschleunigt hat. Als Alice beschleunigte, änderte sie ihren Referenzrahmen. Sie befand sich vor dem Beschleunigen in einem Trägheitsbezugssystem und danach in einem anderen und während des Beschleunigens in einem Nicht -Trägheitssystem .

Bei der Berechnung mit den Vorher-Nachher-Frames haben sie unterschiedliche Definitionen dessen, was "jetzt" an jedem anderen Ort als dem von Alice ist. Bei der Berechnung mit dem Beschleunigungsrahmen laufen Uhren an Orten, auf die sie zubeschleunigt, schneller und an Orten, von denen sie wegbeschleunigt, langsamer oder sogar rückwärts, proportional zum Abstand zwischen ihr und der Uhr.

Sie sieht jedoch nie eine Uhr rückwärts laufen, weil der Effekt mit einer Rate skaliert, die es immer ermöglicht, dass die Verlängerung der Laufzeit des Lichts von der Uhr zu ihr überwiegt - um diese Grenze zu überwinden und eine Uhr rückwärts laufen zu sehen, Alice müsste sich schneller als Licht bewegen.

Eine weitere Folgefrage ist, was passiert, wenn weder Alice noch Bob beschleunigen und sie stattdessen ihre Notizen vergleichen, indem sie Nachrichten senden? Antwort: Genau dasselbe, nur mit einer Nachricht, die Alice oder Bob für einen Teil der Reise ersetzt. Sie können Notizen nicht vergleichen, bis sich die Nachricht von einem am selben Ort wie der andere befindet, und um dies zu erreichen, muss die betreffende Nachricht den beschleunigten Frame-Übergang durchlaufen, den Alice in der Originalversion gemacht hat. Auf die eine oder andere Weise wird der Unterschied durch etwas Beschleunigtes behoben, bevor es irgendwelche physischen Wechselwirkungen beeinflussen kann.

Bedeutet die spezielle Relativitätstheorie mehrere Realitäten?
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