Was bedeutet dieses Raumzeitdiagramm?

Informell ist eine wichtige Schlussfolgerung der speziellen Relativitätstheorie die Relativität der Gleichzeitigkeit . Zwei Ereignisse, die von einer Person gleichzeitig gesehen werden (oder als solche abgeleitet werden können), müssen für einen sich bewegenden Beobachter nicht unbedingt gleichzeitig sein. Aber lassen Sie mich versuchen zu veranschaulichen, was das wirklich bedeutet. Was passiert ist, dass sich ihre räumlichen und zeitlichen Koordinatenachsen auf eine bestimmte Weise neu ausrichten.

Wenn Sie zum Beispiel eine Reihe von LED-Weihnachtslichtern haben, die ihre Farbe ändern können, und Sie sie so einstellen, dass sie alle gleichzeitig dieselbe Farbe zeigen und die Farben im Laufe der Zeit durchlaufen, bewegt sich ein Beobachter in Richtung der ausgestreckten Lichterkette werden feststellen, dass sich die LEDs in einem Regenbogenwellenmuster ändern. Dies liegt daran, dass die Ereignisse (Punkte in der Raumzeit), die für den sich bewegenden Beobachter gleichzeitig stattfinden, im Vergleich zu Ihrem Koordinatensystem „gekippt“ sind; die beiden Enden der Schnur, die sie als gleichzeitig wahrnehmen, existieren zu unterschiedlichen Zeiten für euch .

Schauen Sie sich zur Verdeutlichung dieses Bild an - es wurde für einen anderen Zweck erstellt, aber das Prinzip ist dasselbe. In diesen Diagrammen driftet ein physikalisches Objekt im Laufe der Zeit immer irgendwo „nach oben“. Angenommen, die Weihnachtslichterkette ist entlang der horizontalen Achse ausgelegt und blinkt einfach an und aus (gelbe Bänder bzw. dunkle Bänder), während Sie, der Astronaut, und es durch die Zeit gehen. Die Koordinatentransformation für die Rakete ist durch die rote gestrichelte Linie dargestellt. Das ist ihr Koordinatengitter. In ihrem eigenen Rahmen ist die Rakete selbst stationär (aus ihrer eigenen Perspektive) und bewegt sich nur auf der Zeitachse nach oben. Aber sehen Sie, wie auch die andere Achse geneigt ist; das istwas gleichzeitig für die Rakete ist. Sehen Sie, wie es die Band schneidet? Für die Rakete ist ein Ende beleuchtet (und in der Vergangenheit des Astronauten), und das andere Ende ist dunkel.

Eine andere Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist wie folgt; Angenommen, Sie drucken Einzelbilder eines Films aus und stapeln sie so, wie Sie Platten stapeln würden, um einen Block (oder ein Daumenkino) zu bilden, der den gesamten Film enthält. Wenn Sie es irgendwo in der Mitte schneiden, erhalten Sie einen bestimmten Rahmen. Aber wenn Sie es in einem Winkel schneiden, erhalten Sie ein neues Bild, das aus Streifen verschiedener Frames besteht. Die Lorentz-Transformation ist nicht genau so, es gibt einige Details, die sich unterscheiden, aber der Gleichzeitigkeitsaspekt ist ähnlich.

Erstens verstehe ich nicht, was es bedeutet, dass "der Moment in der Mitte meiner Viertelstunde als gleichzeitig mit Ihrer Antwort angesehen werden kann".

Es bedeutet nur, dass, wenn die Annahme ist, dass es 7,5 Minuten gedauert hat, um die Nachricht in eine Richtung zu senden, und dann weitere 7,5 Minuten, um die Antwort zu erhalten (15 Minuten Hin- und Rückfahrt), man daraus schließen könnte, dass das Ereignis (Punkt in der 4D-Raumzeit) gleichzeitig mit der Das Ereignis, dass der Empfänger die Nachricht erhält, ist, wann ( und wo ) der Absender bei der 7,5-Minuten-Marke war, gemessen von seiner Uhr . Vergessen Sie nicht, wir sprechen jetzt über Raumzeit. Wenn der Autor also „Punkt“ sagt und ihn in einem Diagramm darstellt, meinen sie einen Ort sowohl im Raum als auch in der Zeit (er hat sowohl räumliche Koordinaten als auch eine Zeitkoordinate ) .

Aber das ist nur relativ zu ihnen. Für einen Beobachter, der sich anders bewegt, könnte der Mittelpunkt an einem Ort in der 4D-Raumzeit liegen, der nicht von allen Beobachtern als gleichzeitig mit dem Empfangsereignis vereinbart wurde.

Beispielsweise liegt für den Betrachter auf dem Stuhl der Mittelpunkt im zweiten Bild in der Zukunft, verglichen mit dem Moment, in dem die Nachricht eintrifft.

Wenn wir über das Diagramm sprechen, warum können wir sagen, dass der Beobachter die beiden Punkte als gleichzeitig wahrnimmt? [...] Sollten wir in diesen Diagrammen nicht gleichzeitige Ereignisse auf derselben horizontalen Linie finden?

Ich denke, dass der Autor etwas unpräzise mit Worten war. In "Die zwei Punkte sind beide gleichzeitig für den Leser, aber relativ zu zwei verschiedenen Bewegungen" sagt der Autor nicht, dass der Leser die zwei Punkte gleichzeitig beobachtet, sondern dass zwei verschiedene Beobachter (dargestellt durch die zwei geneigten Pfeile - sich bewegen durch die Raumzeit) können jeweils ihren jeweiligen Punkt gleichzeitig mit einem bestimmten Ereignis am Standort des Lesers betrachten (also mit einem dritten Punkt - "der Leser ist hier und blättert genau in diesem Moment eine Seite um"). Sie haben Recht, für den Leser sind simultane Punkte auf horizontalen Linien; für die beiden sich bewegenden Beobachter sind die Gleichzeitigkeitslinien je nach Bewegung geneigt.