Astronomija

Fotoaparatas ir laiko išsiplėtimas?

Fotoaparatas ir laiko išsiplėtimas?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Jei keliavau šalia juodosios skylės, mano laikas progresuotų lėčiau, palyginti su kuo nors Žemėje. Tai pakankamai aišku. Tačiau kas būtų, jei mes nusiųstume zondą su fotoaparatu į juodąją skylę? Ar žiūrėdami ekraną matytume laiką per fotoaparato perspektyvą - tai yra, ar Visata, atrodo, progresuotų greičiau, kai zondas priartėjo vis arčiau juodosios skylės?


Jei keliavau šalia juodosios skylės, mano laikas progresuotų lėčiau, palyginti su kuo nors Žemėje. Tai pakankamai aišku.

Taip, jokių problemų dėl gravitacinio laiko išsiplėtimo.

Tačiau kas būtų, jei mes nusiųstume zondą su fotoaparatu į juodąją skylę? Ar žiūrėdami ekraną matytume laiką per fotoaparato perspektyvą - tai yra, ar Visata, atrodo, progresuotų greičiau, kai zondas priartėjo vis arčiau juodosios skylės?

Ne. Mes matytume, kaip visata progresuoja normaliai, nes mums netaikomas tas gravitacinis laiko išsiplėtimas. (Manau, kad esame saugiu atstumu). Tarkime, kad tai buvo televizijos kamera, kuri 25 kartus per sekundę nufotografavo nuotrauką ir atsiuntė mums atgal, tinkamai maitindama raudoną poslinkį. Kamera pradeda fotografuoti 25 nuotraukas per sekundę, kaip matuojame mes. Bet po kurio laiko pastebime, kad gauname tik 24 nuotraukas per sekundę, paskui 23 ir pan. Mes matome, kaip įvykiai platesnėje visatoje vyksta įprastu greičiu, tačiau galiausiai filmas pradeda trūkčioti, kai kadrų dažnis mažėja. Galų gale kadrų dažnis sumažėja iki nulio, ir šou baigiasi.


Paprastumo dėlei tarkime, kad juodoji skylė yra izoliuota ir nesisukanti (ir neapkrauta), todėl situaciją apibūdina palyginti paprastas Schwarzschildo erdvėlaikis. Tarkime, kad fotoaparatas radialiai patenka į juodąją skylę.

Į ką žiūri kamera? Tarkime, kad jis žiūri į kokį nors nejudantį objektą, kuris daro kažką žinomu dažniu. Jūsų klausimas iš esmės yra tai, kokiu dažniu jis bus stebimas kameros skleidžiamame vaizdo sraute.

Neprarandant bendrumo, galime manyti, kad kamera žiūri musir kad mes spindime juo lazerio spindulį: „ką nors daryti žinomu dažniu“ būtų lazerio spindulio elektromagnetinės bangos svyravimai. Mes galime tai padaryti, nes laiko išsiplėtimas veikia kiekvieną fizinį procesą, todėl taip pat galime pasirinkti tą, apie kurį patogiau galvoti.

Šiuo metu aišku, kodėl fotoaparato tiekimas neparodys jokio laiko išsiplėtimo: lygiavertis atspindėtam lazerio spinduliui, gravitacinį bliuzo poslinkį, einant į vidų, atšaukia gravitacinis raudonas poslinkis į išorę.


Fotoaparatas ir laiko išsiplėtimas? - Astronomija

Esu vidurinės mokyklos mokytoja. Knygose apie laiko išsiplėtimą matau daugybę užbaigtų problemų pavyzdžių, kas nutiktų tokiose kelionėse į kosmosą. Pavyzdys yra dvynių paradoksas - ar yra formulė, pagal kurią galėčiau apskaičiuoti, kiek laiko praėjo Žemė, kol keliautojas skrenda kosmose? Kiti pavyzdžiai, kuriuos mačiau programose: „Galima keliauti į mūsų galaktikos centrą, skrydžio laikas yra 50 metų (?), O grįžus praėjo 4 milijonai metų“. ARBA „12 metų kelionė ir broliui dabar 80 metų“. Man sako, kad tokia formulė egzistuoja - kas tai yra ir kokius kintamuosius galiu apskaičiuoti?

Ilgio susitraukimas ir laiko išsiplėtimas yra abu ypatingojo reliatyvumo efektai, vykstantys objektui keliaujant arti šviesos greičio. Tai tikrai nelaikoma kelione laiku, išskyrus tą atvejį, kai visi nenumaldomai keliaujame laiku į ateitį. Nepaisant to, šie padariniai tikrai yra tikri. Iš tiesų galite trumpam keliauti netoli šviesos greičio ir grįžti į Žemę, kur praėjo keli milijonai metų. To paaiškinimas yra visas fizikos kursas, kurį galima rasti įvadiniuose tekstuose apie specialųjį reliatyvumą. Iš esmės tai yra tiesioginė pasekmė, kai šviesos stebėjimo greitis yra pastovus visiems stebėtojams, kad ir koks būtų jų greitis.

Judantys laikrodžiai veikia lėtai, o judančios lazdos yra trumpinamos veiksniu

Tarkime, galvojame apie „dvynių paradoksą“ ir tai, kad mūsų bebaimis keliautojas juda greičiu v, lygiu 0,9 karto didesniam nei šviesos greitis, c. Tokiu atveju,

gama = 1 / Sqrt (1 - 0,9 2) = 2,29.

Taigi dvynis Žemėje mato, kad kosminio laivo laikrodis veikia 2,29 karto lėčiau nei jos paties, t. Y. Kas 2,29 metai Žemėje atitinka vienerius metus pagal kosminio laivo laikrodį. Žemėje įstrigęs dvynis taip pat pastebi, kad kosminis laivas, važiuojantis 0,9c greičiu, yra 2,29 karto trumpesnis nei buvo prieš paleidimą. Kuo greičiau kosminis laivas keliauja, tuo ryškesnis poveikis. Šaunu, ar ne?

Šis puslapis paskutinį kartą peržiūrėtas 2019 m. Sausio 28 d.

Apie autorių

Dave'as Kornreichas

Deivas buvo „Ask Astronomer“ įkūrėjas. Jis įgijo daktaro laipsnį iš Kornelio 2001 m., O dabar yra Humboldto valstijos universiteto Kalifornijoje fizikos ir fizikos mokslų katedros docentas. Ten jis paleidžia savo versiją „Ask the Astronomer“. Jis taip pat padeda mums išspręsti nelyginį kosmologijos klausimą.


Laiko išsiplėtimas

Faktinis kelionės laikas yra per laiko išsiplėtimo sąvoką - praėjusio laiko skirtumą tarp dviejų įvykių. Mums, mirtingiesiems, yra nepaprastai sunku sukti galvą, ty žmonėms, kurie nėra gerai išmanantys fizikos ir astronomijos sritis. Taip yra todėl, kad Einšteino reliatyvumo teorija vaidina svarbų vaidmenį.

Trumpai tariant, kai astronautai skrieja aplink Žemę, jie yra pastebimai toliau nuo planetos nei tie, kurie gyvena paviršiuje. Tai reiškia, kad jų gravitacinio laiko išsiplėtimas yra mažesnis, nes gravitacijos yra mažiau ir viskas, ką jie daro, yra greitesnė (net laikrodžiai veikia lėčiau kosminėse stotyse). Grįžę į Žemę jie tiesiogine prasme keliauja atgal laiku. Tai jokiu būdu nėra didelis skaičius, nes laiko išsiplėtimą sukelia sunkumas, kuris yra silpna jėga. (Visatos traukos jėgoms einant). Paskaičiuota, kad daugiausiai laiko keliavo Rusijos astronautas Sergejus Konstantinovičius Krikalevas. Čia yra trumpa santrauka, kaip jis tai padarė.


Laiko išsiplėtimo kryptis priklauso?

Praėjo labai ilga diena, bet leiskite man užduoti kvailą klausimą. Šiame forume svarsčiau apie kosminių kelionių klausimą ir sugalvojau tai, ko oficialiai nemačiau.

Galvodamas apie laiko išsiplėtimą, visada grįžtu prie traukinio, važiuojančio stotimi greičiu, pavyzdžio, kai vienas stebėtojas ant 100 pėdų vėliavos stiebo pritvirtintas prie plokščio automobilio. Jis numeta rutulį ir mato, kaip kamuolys numeta 100 pėdų per 1 sekundę. Stebėtojas, stovintis stotyje, matys, kaip kamuolys juda kampu, ir per tą pačią sekundę kamuolys nukeliaus 133 pėdas. Taigi vienas laikrodis būtų matęs tą patį įvykį greičiau.

Niekada anksčiau negalvojau perkelti stebėtojo. Jei stebėtojas stotyje iškart šoktų į bėgius, traukiniui pravažiavus, o antrojo stebėtojo numestą kamuolį ant vėliavos stiebo, abu stebėtojai matytų, kaip kamuolys per tą patį laiko tarpą kerta tą patį identišką atstumą. Taigi, jei traukinys stotyje judėtų tiesiai nuo stebėtojo, ar stacionaraus stebėtojo ir judančio stebėtojo skirtumas būtų vienas?

(Jei tai tikrai kvaila, aš prašau draugo!)

# 2 LesB

# 3 LesB

Tas pavyzdys turėtų būti ne rutulys, o šviesos pluoštas ir to šviesos pluošto kelias, koks atrodo stebėtojui traukinyje, tiksliau, geležinkelio vagone. Kitas stebėtojas, stebintis pravažiuojančią geležinkelio vagoną, mato kitokį šviesos pluošto kelią ir tas kelias yra ilgesnis dėl geležinkelio vagonėlio judėjimo. Čia įvyksta laiko išsiplėtimas.

Svarbiausia suprasti šį fenomeną yra pripažinimas, kad šviesos greitis yra vienodas visomis kryptimis, neatsižvelgiant į jo šaltinio greitį ar kryptį. Šį supratimą skatina Pitagoro santykiai, išvedantys formulę. Taigi, nors šokinėjančio kamuolio kelias gali būti analogiškas šviesos spindulio keliui, analogija nutrūksta, nes kamuolio kelias yra parabolinis dėl akivaizdžių priežasčių.

Galutinį šviesos kelią lemia erdvės kreivumas, kurį iškreipia gravitacijos laukai. Vietoje šio pavyzdžio šviesos kelias traktuojamas kaip tiesė.

# 4 JerryWise

Tas pavyzdys turėtų būti ne rutulys, o šviesos pluoštas ir to šviesos pluošto kelias, koks atrodo stebėtojui traukinyje, tiksliau, geležinkelio vagone. Kitas stebėtojas, stebintis pravažiuojančią geležinkelio vagoną, mato kitokį šviesos pluošto kelią ir tas kelias yra ilgesnis dėl geležinkelio vagonėlio judėjimo.

# 5 LesB

# 6 JerryWise


Tada kodėl GPS palydovai yra pritaikyti laiko išsiplėtimui, kai jie juda ne šviesos greičiu?

# 7 JerryWise

Tas pavyzdys turėtų būti ne rutulys, o šviesos pluoštas ir to šviesos pluošto kelias, koks atrodo stebėtojui traukinyje, tiksliau, geležinkelio vagone. Kitas stebėtojas, stebintis pravažiuojančią geležinkelio vagoną, mato kitokį šviesos pluošto kelią ir tas kelias yra ilgesnis dėl geležinkelio vagonėlio judėjimo. Čia įvyksta laiko išsiplėtimas.

# 8 LesB

Važiuojančiame geležinkelio vagone yra vienas stebėtojas, o kitas - nejudantis. Jūs supainiojote tai sakydami, kad stacionarus stebėtojas eina už traukinio.

Geležinkelio vagono stebėtojas patiria laiko išsiplėtimą, bet to nejaučia. Stovintis stebėtojas laiką išgyvena kitaip, nes šviesos kelias, kurį jis stebi bėgio vagone, eina ilgesniu keliu nuo jo ištakų iki likimo. Jei geležinkelio vagonas stovėtų, abu stebėtojai turėtų tą pačią patirtį.

Kodėl? Kadangi c yra tas pats visomis kryptimis ir visais inerciniais rėmais. Kamuolio analogija gali tai parodyti, bet iš tikrųjų viskas yra nuoroda į c. Rutulio analogija nutrūksta, kai analizuojama šviesos kelio matematika.

# 9 JerryWise

Aš to nesupainiojau, tai klausimas. Numeskite kamuolį, jei norite. Šviesos kelias taip pat veikia. Supratau, kad komentaras buvo tas, kad stebėtojas platformoje „matys ilgesnį šviesos kelią“.

Pridėkite trečią stebėtoją, jei stebėtojas, judantis už traukinio, suklaidina. Mes vienas stovime ant perono, vienas traukinyje ir vienas už traukinio. Traukinių judėjimas bus tas pats dviem stebėtojams, kurie nėra traukinyje. Stebėtojas už traukinio matys kitokį šviesos kelią nei tas, kuris yra perone. Turime tą patį traukinio greitį abiem stebėtojams, važiuojantiems ne traukiniu, stebėtojui turime ilgesnį šviesos kelią šalia traukinio nei stebėtojui už traukinio.

Aš suprantu C ir inercinius rėmus. Ar mes turime naudoti šviesos greitį ir šviesos kelius, kai eksperimentas patvirtina laiko išsiplėtimą esant mažesnei nei C? GPS palydovų klausimas vis dar atviras ir labai aktualus tai iliustruojant.

# 10 LesB

Pridėkite trečią stebėtoją, jei stebėtojas, judantis už traukinio, suklaidina. Mes vienas stovime ant perono, vienas traukinyje ir vienas už traukinio. Traukinių judėjimas bus tas pats dviem stebėtojams, kurie nėra traukinyje. Stebėtojas už traukinio matys kitokį šviesos kelią nei tas, kuris yra perone. Turime tą patį traukinio greitį abiem stebėtojams, važiuojantiems ne traukiniu, stebėtojui turime ilgesnį šviesos kelią šalia traukinio nei stebėtojui už traukinio.

Niekada neginčijau, kad laiko išsiplėtimas vyksta mažesniu nei c greičiu. Tačiau trečiojo stacionaraus stebėtojo jūsų pavyzdyje pridėti nereikia, nes šviesos greitis yra vienodas visomis kryptimis, nepriklausomai nuo šaltinio ir stebėtojo padėties. Abu stacionarūs stebėtojai matys tą patį rezultatą. Traukinyje judantis stebėtojas patirs lėtėjantį laiką. Pridėjus kitą stebėtoją tame pačiame stacionariame rėmelyje, atsiras kitas stebėtojas, kuris patirs tą patį laiko pojūtį.

Jei prisimenu, laiko išsiplėtimas buvo šios gijos tema. Apsvarstykite, ar geležinkelio vagonas važiuoja abiejų stovinčių stebėtojų atžvilgiu. Geležinkelio automobilis yra inercinis rėmas, judantis abiejų stacionarių stebėtojų atžvilgiu.

# 11 JerryWise

.. Niekada neginčijau, kad laiko išsiplėtimas vyksta mažesniu nei c greičiu.

Sutinku, kad niekada to neginčijai. Aš manau, kad jūs dabar tai pripažįstate. Gal jei mes grįžtume prie kamuolio dabar, kai jis pripažįstamas?

Paminėjate stebėtoją, stebintį ilgesnį šviesos kelią. Likite teisūs, kalbėdami apie siūlų prasmę. Ar dviejų stacionarių stebėtojų kampinis skirtumas matytų kitokį „ilgesnį“ šviesos kelią. O gal tai nebeaktualu? Veiks tik „taip“ arba „ne“. Pasakyk „ne“ ir aš būsiu patenkinta tavo nuomone.

..Jei pamenu, laiko išsiplėtimas buvo šios gijos tema.

Nereikia šnipinėti ir šnipinėti. Jūs laimėsite, jei tai esmė.

Prašau atsiprašyti. Nenoriu to išsakyti, bet „Fredis prieš Džeisoną“ pasirodo ir. gerai. .

# 12 LesB

Prašau atsiprašyti. Nenoriu to išsakyti, bet „Fredis prieš Džeisoną“ pasirodo ir. gerai. .

# 13 JerryWise

Prašau atsiprašyti. Nenoriu to išsakyti, bet „Fredis prieš Džeisoną“ pasirodo ir. gerai. .

# 14 Jaradas

Gerai, čia vyksta pora skirtingų dalykų.

# 1 - Laiko išsiplėtimas paprastai apibrėžiamas matuojant nejudančiam stebėtojui lygiagrečiai matuojamam įvykiui. Kitaip tariant, formulė apskaičiuoja laiko išsiplėtimo efektą, jei stebėtojas matuojamo įvykio metu yra šalia traukinio, todėl traukinys nei artėja, nei traukiasi. Tai yra „tikrasis“ laiko išsiplėtimo faktorius.

# 2 - Jei stebėtojas yra už traukinio (taigi jis traukiasi nuo jo) arba priešais traukinį (taigi jis artėja), dėl raudonos arba mėlynos pamainos yra papildomas veiksnys.

Traukinio, kuris traukiasi, vėlesni įvykiai vyks toliau. Todėl užtruks ilgiau iš tų įvykių, kad pasiektų stebėtoją, todėl jie atrodys dar lėtesni už „tikrąjį“ išsiplėtimo faktorių. Taigi stebėtojui už traukinio atrodo, kad viskas sulėtėja dar labiau nei įprastas išsiplėtimo faktorius.

Artėjančio traukinio vėlesni įvykiai įvyks arčiau stebėtojo, todėl šviesa iš tų įvykių atkeliaus anksčiau nei kitaip, ir laikas, atrodo, paspartės. Šis efektas priešinsis išsiplėtimo poveikiui ir bus didesnis už jį taip, kad priešais traukinį esantis stebėtojas, nepaisant laiko išsiplėtimo faktoriaus, pamatys, kad traukinyje daiktai vyksta greičiau nei įprasta.

Pavyzdžiui, lorentzo transformacijos koeficientas 90% šviesos greičio yra kvadratas (1-0,9 ^ 2) = 0,141. Taigi laive, judančiame 0,9 ° C, palyginti su žeme, laikas bėga 1/7. Bet jei laivas tolsta nuo mūsų, laivo skleidžiama šviesa T + 0,141 sekundės laivo trukmė mus pasiekia 0,9 sekundės ilgiau nei šviesa, sklindanti ties T. Taigi, atrodo, kad laivo 0,141 mums užtrunka 1,9 sekundės (1 sekundė - išsiplėtimo koeficientas, plius 0,9 sekundės, nes jis pasibaigė 0,9 šviesos sekundės toliau), iš viso matomas laiko išsiplėtimo koeficientas - 0,141 / 1,9 = 0,074, arba šiek tiek mažiau nei 1/13 taip greitai, kaip atrodo žemėje.

Jei artėtų tas pats laivas, tada šviesa, skleidžiama T + 0,141 sekundės laivo laiku, būtų skleidžiama 1 sekunde vėliau žemės laiku, bet nuo 0,9 šviesos sekundės arčiau. Taigi tai atsiras po 0,1 sekundės, kai laiko išsiplėtimo koeficientas yra 0,141 / 0,1 = 1,41. Taigi atrodo, kad artėjančiu laivu laikas eina 1,41 karto greičiau.


Reliatyvumas ir „trigubas paradoksas“

Orbitos, tikrasis fizinis laikas, kurį laivas praleido kelionei užbaigti, taip pat yra faktai. Jei laivo laikrodis nurodė 17 metų, o laivas užtruko 20, matau daug įdomių galimybių (ar laivas yra 17 metų senesnis, ar 20 nuo paleidimo).

Visiškai. Aš sutinku 100%. Tai, kur aš ėjau, yra suvokimas, kurį sukelia stebėjimai inerciniame atskaitos sistemoje, kiti stebėjimai ramybės būsenos koordinatėse, palyginti su judančiu kūnu. Inercijos atskaitos sistemoje atlikti matavimai turi būti pertvarkyti į ramybės būsenoje esančių koordinačių sistemą, palyginti su judančiu kūnu, jei norite nustatyti perimtus taškus ir orbitas. Tai kelia problemų (avarinio laivo perėmimo poreikį ir kt.) Judančių kūnų optikoje, kad atsirastų daugybė nejudančių kūnų optikos problemų. (1)

Abu matavimai yra labai realūs. Vienas matavimas turi būti transformuotas atliekant fizinius perimtus ir orbitinius skaičiavimus, o kitam skaičiavimo parametrų nereikia keisti. Pagal transformacijos reikalavimo pobūdį šis stebėjimų rinkinys yra suvokimas, atsirandantis judant šviesos keliu, sklindančiu nuo taško A (planeta) iki taško B (planeta) esant reikšmingam procentiniam C.

Ir tai atneša apmąstymo esmę. Kodėl visi inerciniame atskaitos taške rodomi rodmenys transformuojami atgal į koordinačių sistemą ramybės būsenoje, kai laivas nustoja judėti (juda iš inercinės atskaitos sistemos), išskyrus tripleto amžių laive? Koks specialus inercijos atskaitos taškas leidžia šiam stebėjimui išlikti, kol visi kiti stebėjimai turi būti konvertuoti? Tai sistemoje, veikiančioje pagal įstatymą, neturinčių jokio specialaus atskaitos pagrindo?

(1) „Apie judančių kūnų elektrodinamiką“, autorius A. Einstein, 1905 m. Birželio 30 d., 8 skirsnio paskutinė pastraipa.

# 27 Jaradas

Nes tai buvo ne tik optinis efektas.

Nuvažiuotas atstumas negrįžta, kai laivas sustoja. Laivui sustojus, pažvelgę ​​atgal, jie matys atstumą kaip 20 šviesmečių, o laikrodžiai matys visus tuo pačiu greičiu. Bet praėjęs laikas nesikeičia, ir jei laive būtų odometras, jis vis tiek rodytų ne 20, o 17,3 šviesos metus.

# 28 JerryWise

Nes tai buvo ne tik optinis efektas.

Nuvažiuotas atstumas negrįžta, kai laivas sustoja. Laivui sustojus, pažvelgę ​​atgal, jie matys atstumą kaip 20 šviesmečių, o laikrodžiai matys visus tuo pačiu greičiu. Bet praėjęs laikas nesikeičia, ir jei laive būtų odometras, jis vis tiek rodytų ne 20, o 17,3 šviesos metus.

# 29 Jaradas

Strypai nėra tokie standūs. Jei jie matuotų lazdeles, jie matuotų juos trumpesnius, nei turėtų žmonės planetose (kitaip tariant, borto prietaisai vis tiek turės konvertuoti, kad apskaičiuotų perimtus kamuolius).

# 30 JerryWise

# 31 Jaradas

Tai būtina, kai jie yra kitame atskaitos rėme. Taigi, kol laivas juda planetų atžvilgiu, jie matuoja viską kitaip. Kai jie yra nejudantys planetų atžvilgiu, jie matuoja viską vienodai.

# 32 JerryWise

# 33 HiggsBosonas

Norėčiau paskelbti minties eksperimentą, kuris, atrodo, kelia abejonių dėl laiko išsiplėtimo kaip nuolatinio poveikio. Jei pažvelgsime į reisą iš šios perspektyvos, aš nematau, kaip laiko išsiplėtimas gali būti kitoks, nei stebėjimas atskaitos sistemoje, o ne nuolatinis poveikis plaukiojančio laivo keleiviams. (Laiko išsiplėtimo įrodymai iš Muono eksperimentų ir GPS kompensacijos yra laikomi faktais, tačiau šio vieno pavyzdžio labui norėčiau nurodyti šias aplinkybes.) Šiame pavyzdyje trys mergaitės gimė lygiai tuo pačiu momentu, 2 Žemėje ir 1 tolimoje planetoje.

Tai, ką jūs čia padarėte, postuluoja taip:

Laiko išsiplėtimas dėl santykinio judesio yra lengvo kelionės laiko rezultatas ir neišlieka, kai keliautojas ir atskaitos stebėtojas grąžinami į tą patį atskaitos tašką.

Dvynių paradoksas nėra „minties“ eksperimentas. Tai buvo padaryta naudojant tikrus laikrodžius. 1971 m. Hafele ir Keating skrido suderintus cezio atominius laikrodžius aplink žemę. Standartiniai laikrodžiai buvo JAV jūrų observatorijoje. Sujungus laikrodžius, skriejantys laikrodžiai nebesutiko su atskaitos laikrodžiu tokia suma, kurios negalima priskirti matavimo paklaidai.

Eksperimento rezultato pakanka įrodyti, kad postulatas, kuriuo grindžiamas jūsų pavyzdys, yra klaidingas. Nereikia jokiu būdu remtis reliatyvumu. Gamta nepalaiko postulato. Eksperimentas buvo pakartotas naudojant geresnius laikrodžius su panašiais rezultatais.

Svarbu prisiminti, kad būtent eksperimentų rezultatas nustato, kurios teorijos yra naudingesnės. Einšteinas nepriėmė Quantum, bet jis niekada nemanė, kad eksperimentai, palaikantys Quantum, nėra pagrįsti rezultatai. Jis paprasčiausiai norėjo daugiau iš teorijos.

Šiuo atveju mes turime teoriją, kuri numatė rezultatus, tiksliai atspindinčius tiek sulėtėjusį laikrodžio greitį dėl judesio, tiek pagreitį dėl buvimo didesniu atstumu nuo žemės centro. Nors galima teigti, kad kai kuri nauja šiuo metu nežinoma teorija gali būti teisingesnė, iš tikrųjų nėra vietos teigti, kad išsiplėtimai nevyksta.

Jei meliono duomenys ir laikrodžio testas neįtikina, GPS duomenys yra didžiuliai. Yra

2 dešimtys palydovų su 2 dešimtimis cezio laikrodžių. Yra šimtai milijonų imtuvų, kiekvienas gaminantis navigacijos sprendimą per sekundę, kol jie maitinami ir priima signalus. Yra nedaug technologijų taikomųjų programų, kuriose pateikiama tokia didelė duomenų tikrinimo grupė. Jei šie išsiplėtimai nebūtų tikri, visa sistema nebūtų tokia tiksli, kaip pastebima 10 milijonų pavyzdžių. Kaip suprantu, laikrodžiai pirminėje sistemoje turėjo būti pataisyti dėl reliatyvistinių efektų du kartus per dieną, kad laikrodžiai būtų pakankamai sinchronizuoti, kad atitiktų jo tikslumo reikalavimus. Panašu, kad šiuo atveju išsiplėtimai turėjo labai ilgalaikį poveikį.

# 34 Joad

[snip] "Ir tai atneša apmąstymo esmę. Kodėl visi rodmenys, paimti inercijos atskaitos sistemoje, ramybės būsenoje transformuojami atgal į koordinačių sistemą, kai laivas nustoja judėti (juda iš inercinio atskaitos sistemos), išskyrus tripleto amžius laive? " [fragmentas]

Jaradas ir Higgsas Bosonas atsakė į techninę klausimo pusę, o llanitedave'as apėmė tai, kas gali būti vadinama psichologine puse. Bet aš džiaugiuosi, kad jūs to paklausėte, nes paprašę jūs padėjote mūsų gerai informuotiems nariams dar kartą parvažiuoti namo, kas yra keista reliatyvumas.

# 35 JerryWise

Norėčiau paskelbti minties eksperimentą, kuris, atrodo, kelia abejonių dėl laiko išsiplėtimo kaip nuolatinio poveikio. Jei pažvelgsime į reisą iš šios perspektyvos, aš nematau, kaip laiko išsiplėtimas gali būti kitoks, nei stebėjimas atskaitos sistemoje, o ne nuolatinis poveikis plaukiojančio laivo keleiviams. (Laiko išsiplėtimo įrodymai iš Muono eksperimentų ir GPS kompensacijos yra laikomi faktais, tačiau šio vieno pavyzdžio labui norėčiau nurodyti šias aplinkybes.) Šiame pavyzdyje trys mergaitės gimė lygiai tuo pačiu momentu, 2 Žemėje ir 1 tolimoje planetoje.

Tai, ką jūs čia padarėte, skelbia tokį postulatą:

Laiko išsiplėtimas dėl santykinio judesio yra lengvo kelionės laiko rezultatas ir neišlieka, kai keliautojas ir atskaitos stebėtojas grąžinami į tą patį atskaitos tašką.

Dvynių paradoksas nėra „minties“ eksperimentas. Tai buvo padaryta naudojant tikrus laikrodžius. 1971 m. Hafele ir Keating skrido suderintus cezio atominius laikrodžius aplink žemę. Standartiniai laikrodžiai buvo JAV jūrų observatorijoje. Sujungus laikrodžius, skriejantys laikrodžiai nebesutiko su atskaitos laikrodžiu tokia suma, kurios negalima priskirti matavimo paklaidai.

Eksperimento rezultato pakanka įrodyti, kad postulatas, kuriuo grindžiamas jūsų pavyzdys, yra klaidingas. Nereikia jokiu būdu remtis reliatyvumu. Gamta nepalaiko postulato. Eksperimentas buvo pakartotas naudojant geresnius laikrodžius su panašiais rezultatais.

Svarbu prisiminti, kad būtent eksperimentų rezultatas nustato, kurios teorijos yra naudingesnės. Einšteinas nepriėmė Quantum, bet jis niekada nemanė, kad eksperimentai, palaikantys Quantum, nėra pagrįsti rezultatai. Jis paprasčiausiai norėjo daugiau iš teorijos.

Šiuo atveju mes turime teoriją, kuri numatė rezultatus, tiksliai atspindinčius tiek sulėtėjusį laikrodžio greitį dėl judesio, tiek pagreitį dėl buvimo didesniu atstumu nuo žemės centro. Nors galima teigti, kad kai kuri nauja šiuo metu nežinoma teorija gali būti teisingesnė, iš tikrųjų nėra vietos teigti, kad išsiplėtimai nevyksta.

Jei meliono duomenys ir laikrodžio testas neįtikina, GPS duomenys yra didžiuliai. Yra

2 dešimtys palydovų su 2 dešimtimis cezio laikrodžių. Yra šimtai milijonų imtuvų, kiekvienas gaminantis navigacijos sprendimą per sekundę tol, kol jie maitinami ir priima signalus. Yra nedaug technologijų taikomųjų programų, kuriose pateikiama tokia didelė duomenų tikrinimo grupė. Jei šie išsiplėtimai nebūtų tikri, visa sistema nebūtų tokia tiksli, kaip pastebima 10 milijonų pavyzdžių. Kaip suprantu, laikrodžiai pirminėje sistemoje turėjo būti pataisyti dėl reliatyvistinių efektų du kartus per dieną, kad laikrodžiai būtų pakankamai sinchronizuoti, kad atitiktų jo tikslumo reikalavimus. Panašu, kad šiuo atveju išsiplėtimai turėjo labai ilgalaikį poveikį.


Taigi, Michealai, jūs cituojate mane, kad per pirmuosius tris šio įrašo sakinius pasakiau, jog tikiu laiko išsiplėtimu ir noriu paskelbti minties pratimą. (Laiko išsiplėtimo įrodymai iš Muono eksperimentų ir GPS kompensacijos yra laikomi faktais, tačiau dėl šio vieno pavyzdžio norėčiau nurodyti šias aplinkybes.) Aš sakiau keliuose ankstesniuose įrašuose, kad tikiu laiko išsiplėtimu. GPS sistemos ir dažnai ją naudokite naktinės navigacijos pratybose jūrų navigacijos metu. Bet vis dėlto norite man pasakyti, kad tai, ką pasakiau, yra tiesa. Aš sutinku su jumis ir manimi dėl to. Aš labai gerbiu jūsų ankstesnį įrašą CN ir tikiuosi gauti veiksmingos įžvalgos apie paprastą minties pratimą?

Tai įvyko pagalvojus apie Einšteino pareiškimą

Visas judančių kūnų optikos problemas galima išspręsti čia taikomu metodu. Svarbiausia yra tai, kad elektros ir magnetinė šviesos jėga, kuriai įtakos turi judantis kūnas, būtų paversta kūno koordinatėmis, esant ramybės būsenai. Tai reiškia, kad visos judančių kūnų optikos problemos bus sumažintos iki daugybės nejudančių kūnų optikos problemų.

savo pranešimo „Apie judančių kūnų elektrodinamiką“ 8 skyriaus paskutinėje pastraipoje.

Aš iki galo nesuprantu, ką tuo nori pasakyti Einšteinas. Galbūt jūsų patirtis galėtų padėti.

# 36 JerryWise

[snip] "Ir tai atneša apmąstymo esmę. Kodėl visi rodmenys, paimti inercijos atskaitos sistemoje, ramybės būsenoje transformuojami atgal į koordinačių sistemą, kai laivas nustoja judėti (juda iš inercinės atskaitos sistemos), išskyrus tripleto amžius laive? " [fragmentas]

Jaradas ir Higgsas Bosonas atsakė į techninę klausimo pusę, o llanitedave'as apėmė tai, kas gali būti vadinama psichologine puse. Bet aš džiaugiuosi, kad jūs to paklausėte, nes paprašę jūs padėjote mūsų gerai informuotiems nariams dar kartą parvažiuoti namo, kas yra keista reliatyvumas.

# 37 JerryWise

Aš dar kartą apmąsčiau tai ir norėčiau tai išdėstyti šiek tiek kitoje perspektyvoje. Kaip jau minėjo Joadas, Mokslas buvo paaiškintas ir tai akivaizdu. Įtariu, kad aš ir daugelis kitų čia yra studentai, norintys gauti žinių (atrodo, kad daugelis tai seka iš peržiūrų skaičiaus). Suprantu reliatyvistinių pavyzdžių formules ir logiką. Tokie pavyzdžiai, kaip kamuolys, numestas iš vėliavos stiebo ant važiuojančio traukinio su stebėtoju perone, ir vargšas eksperimentatorius, greitai sėdintis ant vėliavos stiebo. Mes turime paprastą pavyzdį, kurį siūlėme pirmiau OP. Mes suprantame skaičius ir tam tikru mastu Mokslą. Būdami studentai, mums turėtų būti leista paklausti: „Kodėl tai?“. Aš nepaneigsiu mokslo (niekada neišdrįsčiau) tik klausdamas „kodėl tai?“.

Kadangi Higgsbosenas paminėjo žodį „paskelbti“, leiskite man suformuluoti (arba ekstrapoliuoti).

Šviesos greitis yra vienodas visuose atskaitos rėmuose. Atsižvelgiant į tai, kad šviesos greitis yra vienodas visose atskaitos sistemose, proporcingas šviesos greitis yra vienodas visuose atskaitos rėmuose. .5C (1/2 šviesos greičio) visuose atskaitos rėmuose yra tas pats, kaip ir šviesos greitis. “

Jei tai nėra iki galo išmanantis mokslas, pasakykite „tai neteisinga“. Bet prašau, jei tai neteisinga, paaiškinkite „kodėl“ ne tik „neteisingus“.

Taigi paimkime mūsų pavyzdį iki kai kurių pagrindinių dalykų. Nepaisykite optinių prieštaravimų pirmame įraše. Dabar mes kreipiamės tik į plaukiantį laivą pagal „Specialų reliatyvumą“, atspindintį sąlygas, kurias Jaradas atliko aukščiau.

1. Laivas keliauja iš A planetos į B planetą aukščiau, esant 5 ° C temperatūrai. Aukščiau esančias A ir B planetas skiria 10 šviesmečių. Laivas plaukia ½ šviesos greičiu, o kelionė truks 20 metų (10 x 2). Kelionė per trumpesnį ar ilgesnį laiką reiškia, kad ji nevažiuoja .5C temperatūroje.

2. Laivui taikomas reliatyvistinis laiko išsiplėtimas, einant nuo A iki B planetos, esant 5 ° C temperatūrai. Pirmiau atlikti skaičiavimai įrodo, kad laivui prireiks 17,25 metų, kol jis išplauks iš A planetos į B planetą, esant 5 ° C temperatūrai.

Ar tai atrodo ne pagal eilę?

Ar žvelgiant į šiuos teiginius yra prieštaravimų? Jei taip, kaip manote, kokia būtų priežastis? Manau, kad kai kuriuos matau.

Pirma, laivo kelionė truko 20 metų (2). Laivo laikrodžiai, keleivių amžius ir laivo amžius yra 17,25 metai, todėl laivui prireikė 17,25 metų. Taigi panašu, kad laivo kelionė truko 17,25 ir 20 metų. Mes galime naudoti „Lorentz“ transformacijas, kad pertvarkytume laiką, išsiplėtusį nuo 17,25 iki 20 metų. (Galėtume pereiti, kaip transformacija veiktų abiem būdais, tačiau turime suprasti, kuris stebėjimas yra „ramybės“ rėmelis, o kuris inercinis ar „judesio“ rėmas, laikui bėgant. Tačiau mes negalime manyti, kad 20 metų skaičius yra ramybės režimas, nes jis nurodytas ir jį taip pat lemia šviesos greitis (nekintamas). Manau, kad abu laikotarpiai veikia puikiai, nes turime perskaičiavimo koeficientą („Lorentz Transform“) ir mokslas yra pagrįstas. Nesuprantu mokslo ar apibrėžimo, tik vienas rezultato aspektas. Turime naudoti „Lorentz“ transformaciją, kad tiksliai nustatytume laivo buvimo vietos fiksavimą fizinėje laivo buvimo vietoje, taigi tai laiko išsiplėtusius rodmenis paverčia pagrindiniais poilsio rėmais. Kelionės pabaigoje laivo laikrodyje turime panaudoti „Lorentz“ transformaciją, kad ji būtų tokia pati kaip 20 metų kelionės trukmė. Kodėl mes neatliekame to paties pokyčio okupanto amžiuje. Atrodo pakankamai paprastas klausimas. Būdamas studentas klausiu, kodėl taip yra.

Antra, jei laivas juda iš A planetos į B, esant 5 ° C temperatūrai, o 5 ° C yra nekintamas (C / 2), laivui prireiks 20 metų. Jei laivo keleiviai plaukia ne per 20 metų, tai fiziškai įveikė atstumą kitu, o ne 5 ° C skaičiumi. Atrodo, kad jie keitėsi nekintančiame. Jei naudosime „Lorentz Transform“ keleivio amžiuje kelionės pabaigoje, kad jie būtų vienodi su invariantu .5C, jų amžius nebėra išsiplėtęs. Ar kas čia mato prieštaravimą? As a student I ask for help on an explanation, not the calculations (those are perfectly correct as given above by Jarad).

Any help with the why of this would be fully appreciated.

#38 Mister T

Dave, I have been trying to wrap my head around this.

But I was thinking isn't the time dilation effect due to acceleration not velocity??

maybe it is is not traveling at c that distorts space-time, but the acceleration needed to get there.

acceleration is a result of a force

which is why gravity also distorts space-time.

#39 Jarad

Because space is dilated as well. To the ship, it was moving at 0.5 C for 17.33 years,and only travelled 8.66 light years. It's odometer would show 8.66 light years, and it's clocks will show 17.33 real years (and the ages of the passengers are just more clocks). When it stops, none of those previous measurements change, even though the distance and clock rates reset.

#40 JerryWise

.
But I was thinking isn't the time dilation effect due to acceleration not velocity??
.

#41 Joad

I can think of two things, Jerry (which is no guarantee that the thoughts are any good ), but here goes:

1. Planet A and Planet B are not 10 light years apart, as such. Their distance is always relative to the situation of some measuring point. Mathematical transforms can bring the measurements together but do not establish an "actual" distance between the planets because there is no actual distance: there is only distance as measured, and that is always relative. Thus, to the moving ship, the distance is less than it is to the underlying frame measurement. Both measurements are right, just as I weigh 135 pounds on earth but would weigh a lot less on the moon: both measurements are my "real" weight.

2. The three sisters aged 17.3 years on the voyage. They would have aged 20 years if they had stayed home, but time, and their bodies, changed (aged) at a different rate on the voyage. When they land, mathematics can restore a measurement equilibrium of sorts, but their bodies are younger relative to what they would have been if they had stayed "home" because the time in which their lives took place got foreshortened for a while.

In other words, there is no absolute time for their bodies to age.

#42 HiggsBoson

Jerry, it seems that I missed the point of your post. You are asking why the age dialation sticks and other apparent contradictions go away. Some of the confusion here may be due to language.

First, the ship took 20 years to make the journey (2). But the clocks on the ship, the age of the occupants and the ship’s age read/are 17.25 years so the ship took 17.25 years to make the journey. So it looks like the ship took both 17.25 and 20 years to make the journey.

In these types of problems one must always make sure that the meaning is unambiguous. The trip took 20 years as measured in the reference frame of Planet A. This is a calculation. There is no way for anyone on Planet A to know that this is true. It will take at least 10 years for that information to return to Planet A.

In the statement of the problem and the outcome of experiments one must keep in mind the limitations of each frame. No one can actually know some of the things that are ‘given’ in the statement of the problem.

One of my hobbies is film making. Film directors have the ability to show the audience what is ‘really’ going on in two or more locations at a time. This is called ‘parallel action’. Imagine a house husband having a rough day with the kids and the wife having a hard time at work. A director can cut between activities going on at the home and work location with reckless abandon. One can even include a home to work phone conversation between the two to clearly show that the views are near simultaneous. The camera can cut to any location in the universe just in time to show the audience relevant information that will propel the story developing in the mind of the audience. Called the ‘omnipotent camera‘, it sees all, it knows all and it gets there just in time to see important events happen. In some cases it will actually show you the same action from more than one point of view ‘explosions are expensive they tend to get used 2 or 3 times’.

The challenge with a thought experiment is to avoid observing the experiment from an omnipotent camera. The mind creates an ‘absolute’ reference frame ( Point of View to film makers ) to which everything else is compared. The omnipotent camera is allow to have points of view that do not correspond to any real point of view ( no one actually views people talking in a car from the POV of the hood ornament ).

The two reckonings of the trip time are both valid when the ship reaches Planet B. There is no absolute frame from which one can say what really happened. When the ship returns to planet A, there is a difference in time experience by those who traveled vs those who did not. The dilations that stick are those experienced by those who experience acceleration during the interval in question. Because the travelers had to accelerate to change from moving toward planet B to moving toward planet A they will experience a sticky dilation compared to those who remained in the Planet A reference frame.

#43 Joad

Jerry's thread has helped me grasp more fully (I think) the often-cited observation in this forum that time does not exist for a photon. I think I can understand better, now, desitter's observation that space doesn't really exist for a photon. It makes sense: if space/time compresses as C is approached, at C space/time would compress to, well, nothing. Right?

But that doesn't mean that there is no space/time. Relative to poky old earth that photon from M51 I looked at last night came a long way baby, and took a long time to get here. So that photon both crossed a lot of space/time (relative to me) and is suspended in its own relativistic "now" relative to its own C movement. And both are real.

#44 HiggsBoson

Joad, I think that the short answer here is ‘yes‘. Photons do not experience the passage of time as we know it. However, one result of Relativity is we lost the classical concept of time. In the Relativistic view space and time are a part of an inseparable thing called space-time. A singular noun describing that stuff that contains the universe.

In General Relativity we learn that space-time is flexible enough to twist and form interesting shapes. It is very hard to understand the results of Relativity using the classical concept of time. Unfortunately, the concept is so intuitive to us that it is hard to let it go and embrace this new space-time stuff prior to attempting to understand a problem.

To quote Feynman ‘no one understands quantum, we just get use to it.’ Every quantum mechanical wave function I have ever seen for a real object was non-zero everywhere in the universe. What am I to make of this? The wave function for an electron in the ground state of the hydrogen atom is non-zero everywhere in the universe.(1) Yes, I can talk about what this means from a mathematical standpoint. But as a person with a mind I do not understand why such functions provide accurate predictions of the behavior of electrons.

In the case of that M51 photon, from the reference frame of the Earth, the wave function that describes the probability of an observation of that photon has a maxima that took 23 million years to get here. However, in the reference frame of the photon, no time has passed. While I understand the math this does not conform with anything within my personal experience.

Allow me to express my gratitude for this forum. It helps me blow the dust off of the few remaining brain cells that I have.

1) With the exception of a singularity at the center of the nucleus. The function is zero at the origin and has radial symmetry. Because the Proton is centered at this point and has non-zero radius the probability of the electron collapsing, (being observed), into the Proton is non-zero.

#45 JerryWise

Jerry's thread has helped me grasp more fully (I think) the often-cited observation in this forum that time does not exist for a photon. I think I can understand better, now, desitter's observation that space doesn't really exist for a photon. It makes sense: if space/time compresses as C is approached, at C space/time would compress to, well, nothing. Right?

But that doesn't mean that there is no space/time. Relative to poky old earth that photon from M51 I looked at last night came a long way baby, and took a long time to get here. So that photon both crossed a lot of space/time (relative to me) and is suspended in its own relativistic "now" relative to its own C movement. And both are real.

HiggsBosen absolutely is on track with the concepts. And I think Joad is on track with what I've tried to understand.

What I did in the OP was present a scenario which tended to free the thought exercise from some conventional thoughts on Relativity. This by placing the motion of the three observers in a common "Omnipotent Camera" (thanks for that Micheal) observational mode. This was done by giving all three observers visual access to the other's clock faces. Note I said clock faces and not "time". This is the clock face "information" and it is conveyed by the one absolute we can’t refute by definition. The speed of light ©. The special optical device (large binoculars?) at each location could observe the clock faces at each of the other observers locations. This Omnipotes (made that up) the observers.

Is it possible to do this? Yes or much of what we have learned about light and distances to galaxies, stars and the edge of the Universe is flawed (possibly a valid assumption but not one we can take based on present knowledge). Here we are looking at light as a carrier of information (what we discern in the image of the clock face or the time it shows at the distant location and not a photon’s characteristics). This information is moving between these locations at C and in the omnipotent camera's eye (visual perception of all three locations) this would make the three observers frames of reference available to each observer in real time minus the necessary transit time of light (the carrier of the information). Light does propagate at a given rate and we can transit along that path. This is why we see Red and Blue shifts indicating a motion relative to the emission source. This is also why I suggest in the OP the clock face information is valid visually between all observers at each stage of the journey. We would also see the light from the clock face of the approaching planet B as slightly blue tinted (blue shift of the light frequency indicating an approach to the light source) and the clock face of planet A slightly red tinted (indicating a move away from that light source). It is how these readings contradict with how some calculations are applied that is a concern. (I hope I'm making this clear. I have it thought out but putting something this involved to pen is rough.)

As Joad says, "time does not exist for a photon". But that Photon has a given set of physical characteristics that define its behavior. It moves at "C" in all frames of reference and moving from an emitting location to a perceiving location it moves along a physical path at "C" which is a given and fixed speed/time span. So time does not exist for the Photon but time does exist for any journey a photon will make. Photons are worthless to us without bringing a shape in their group presentation (what we see). If they bring the shape of a distant clock face we can read that face just as the observer at that location. So the camera doesn't need to relocate and we become the omnipotent observers at each location.

I am not saying there is a problem with Relativity. Nor am I saying there is a problem with the intuitive visual scenario in the original post. I am proposing a mental exercise that appears to show a contradiction. If we can make a visual observation of an approaching and receding light source traveling between the light sources at the same instant (did not say simultaneously) we can compare the information as presented. If this information does not agree with the calculations then we have a "Triplet Paradox". To say the visual indications of the omnipotent binoculars is flawed disputes the nature of light propagation. To say it is valid disputes the application of some Relativistic calculations. Peculiar.

I’d like to post up a suggestion of why there might be a misconception using the moving train, dropped ball and flagpole scenario so common in discussing Relativity. But first need to run put out a fire.


What Will An Action Camera Record If It Falls Into A Black Hole?

In the whole universe, there is only one place where our modern technology cannot survive, and obviously, it is a Black Hole. But just for a minute, suppose that scientists have made a powerful and strong action camera that can survive any threat in the universe and dropped it into a black hole. What will it record for us?

The action camera falling into a black hole may transmit a signal to us up to the intersection of the event horizon. As you approach a black hole, the time for the camera will slow down, which will lead to a shift of its signal to the region of long waves (gravitational redshift), and the shift will noticeably increase every second.

Schematic representation of the gravity wells of the Sun, a neutron star and a black hole

The redshift is a consequence of the time dilation for the action camera in the frame of reference of an observer located far from the black hole. That is, the camera in its frame of reference of 60 frames per second will still shoot and send us its records, but 1 second for the camera can turn into hours, years and ultimately billions of years for us.

That means that huge intervals of time will pass for an observer on the earth between the arrival of frames, and the picture will change very slowly.

Therefore, soon after starting the camera, the usual technique will not be able to catch this signal and restore the video from it, but if necessary, you can create devices that can capture the long-wave signal and turn it into a video.

Another, more significant problem will be the noise of the signal and the huge temperature, because a huge amount of substance usually falls into a black hole, which, when dropped, heats up to hundreds of millions of degrees

Nevertheless, let’s say that we were able to protect the camera from high temperature and filter the signal, so what will we see?

The view that the camera records depends on how massive the black hole will be. In black holes of stellar mass, the gravitational field is very heterogeneous, huge tidal forces appear in it that will tear the camera apart long before it approaches the black hole. All that we will see in this situation is a hot accretion disk and darkness in the middle of horizon events. To see something more interesting, you need to send the camera into a supermassive black hole, where the tidal forces are much weaker.

Near a black hole, space-time is strongly curved, and the closer to the singularity, the greater the curvature of space-time. When the camera begins to “sink” into the gravitational well of the black hole, the field of view of the camera will begin to narrow, in fact, the light on one side (right or left) of the camera will cease to reach it, and eventually all the light of the universe will degenerate into a small blue dot (due to gravitational blue shift). Before passing the event horizon, total darkness will come, however, we will not have time to see this, because for us, by that time, billions of years will pass.


Time Dilation Examples

The effects of time dilation are used often in science fiction stories, dating back to at least the 1930s. One of the earliest and most well-known thought experiments to feature time dilation is the famous Twin Paradox, which demonstrates the curious effects of time dilation at its most extreme.

Time dilation becomes most apparent when one of the objects is moving at nearly the speed of light, but it manifests at even slower speeds. Here are just a few ways we know time dilation actually takes place:


Was time dialation understood before 1905?

I seem to recall the concept going back before Einstein's Special Theory of Relativity. In fact, I believe Galileo knew of time dilation in an early form of relativity he proposed.

#3 jayhall0315

There were a number of physicists playing around with different dimensions and the ether including Poincare and Lorentz but none really made note of variable time (it simply did not occur to them that something so fundamental could be based on the observer reference frame). The only person I am aware of who actually looked at variant time was the polymath Fredrick Carl Gauss. He was the first I am aware to look at the ancient equation d=vt on a curving surface and realize that time might actually be distorted by curvature. (this is really more in the general relativity realm) So, the short answer is no. Einstein really was the first to see the whole picture from special relativity including the variable passage of time depending upon the observer's reference frame.

#4 astro_NC

Others did in fact hit upon some of the ideas central to relativity theory, but Einstein's way of thinking about it is what revolutionized physics.

This video contains perhaps the most beautiful visual demonstration of how special relativity works. Darren, your question is also discussed and answered in a most profound way. One must pay close attention to the video, but it is well worth it.

Edited by astro_NC, 08 January 2017 - 12:49 AM.

#5 GJJim

There were a number of physicists playing around with different dimensions and the ether including Poincare and Lorentz but none really made note of variable time (it simply did not occur to them that something so fundamental could be based on the observer reference frame). The only person I am aware of who actually looked at variant time was the polymath Fredrick Carl Gauss. He was the first I am aware to look at the ancient equation d=vt on a curving surface and realize that time might actually be distorted by curvature. (this is really more in the general relativity realm) So, the short answer is no. Einstein really was the first to see the whole picture from special relativity including the variable passage of time depending upon the observer's reference frame.

Leibniz, and later Mach argued that the concept of time could be cast in terms of relations between physical events (order, simultaneity, etc.) and there was no need for the absolute framework championed by Newton. Time and space are more akin to a relational database than a giant aquarium. Einstein's stroke of genius was to condense these largely philosophical arguments into a mathematically consistent model that was acceptible to scientists of his day.

Edited by GJJim, 08 January 2017 - 11:38 AM.

#6 JonNPR

Taip. Fitzgerald in 1889, followed by Lorentz in 1892 devised the contraction equations in order to explain the Michelson-Morley aether experiment. But as the Wiki explains, there's depended upon ad hoc assumptions and only an hypothesis. Einstein was the first to show a better explanation, in 1915. He demonstrated that contraction wasn't necessary due to traveling through a hypothetical aether, in an attempt to save the aether idea. Instead, it was directly due to special relativity, a full fledged (scientific, formal) theory.


Is Time Dilation Real?

Is time dilation real? Such as when something speeds up or when nearing a black hole, like in Interstellar?

Some supermassive black holes at the centre of galaxies are devouring the surrounding material. They . [+] also divert part of it away through powerful winds and jets. This artist's impression shows how the black hole accretes the surrounding matter through a disc (orange). Part of the accreted material is pushed away in a wind (blue), which in turn powers a large-scale galactic outflow of molecular gas (red). Image credit: ESA/ATG medialab

Time dilation is real! And anyone who uses a GPS, or the “My Location” option on Google Maps, is making direct use of the fact that time dilation is real.

The idea behind time dilation is just as you describe, where your perception of time is dependent on how fast you’re going, or how close to a very large object you are. Interstellar actually did a remarkably good job of discussing time dilation in general, especially given how counter-intuitive ideas to do with relativity can be.

Į Interstellar, the major plot points surrounding time dilation are the difference between time passing in two different locations, where the astronauts sitting near the black hole felt time passing at a slower rate than their families back home on Earth. Similarly, when some of them head down to the water world, they feel time passing at a slower rate than the astronaut left on the spacecraft. Now, ignoring the exact numbers of this difference, which depends on things like how big the black hole is, how far you are from it, and how much movie magical math you’re willing to go for, this kind of time dilation does happen.

The principle is this: the deeper you find yourself in a strong gravitational field, the slower your clock will run, relative to someone who is not in as strong a gravitational field. This can be translated into meaning the closer you are to something large, the slower your clocks will run. However, it also means that if your two clocks are the same distance from two objects, one which has a much stronger gravitational pull than the other (say, a planet for one clock, and a black hole for the other), the clock around the more massive object (the black hole) will run slower, even though both clocks are the same distance away.

Artist's illustration of a Navstar-2F satellite of the Global Positioning System (GPS). Image use: . [+] public domain.

A GPS satellite, which orbits about 12,500 miles above the surface of the earth, is further away from the Earth than those of us who live on its surface, which means that our clocks on the surface will appear to progress more slowly, relative to the clock on the GPS. Unfortunately, we really need these two clocks to operate in sync with each other, or the location information you get back starts to be increasingly inaccurate, defeating the point of having the GPS in the first place. This effect can be mathematically calculated, so we can correct for this slight difference in clock speed by setting the GPS clock to run a little slower than normal. Just a little slower this effect is only nanoseconds in size near the Earth.

But for a GPS, another form of time dilation is also in effect, because the fact that the satellite is in motion changes the clocks as well. This form of time dilation goes such that the faster you’re moving, the slower your clocks appear to move, relative to someone who is not moving. This effect gets more and more dramatic the closer to the speed of light you travel, so the offset in your clocks would get more severe.

A GPS satellite, which has to travel in a circle 12,500 miles above the Earth’s surface every 12 hours, is therefore going around 8,670 miles per hour. The speed of light is about 670,000,000 miles per hour, so our GPS is only going about 13 millionths of the speed of light. Tai yra ne a significant fraction of light speed, but it’s enough that we can calculate and measure the impact that it has on the onboard clocks on the GPS.

The speedy motion of a satellite in space slows down its clocks relative to ours on earth, while its . [+] distance out of the earth's gravitational well makes satellite clocks go a bit faster. Thus shuttle pilots age less than a couch potato at the south pole, while geosynchronous orbiters (as well as interstellar dust particles) age more rapidly. This also means that the surface of the earth may be more than a year older than the earth's center, assuming that both were formed at the same time. Although the resulting errors in satellite timing are measured in nanoseconds, lightspeed is 30 centimeters (1 foot) per nanosecond so that the combined effects can result in GPS errors as large as 15 meters if not taken into account. Image credit: P. Fraundorf, CC BY-SA 3.0

As it happens, the gravitational time dilation has a more significant impact on the clock than the speed of the GPS relative to us on the ground. While the speed-up due to gravity is partially canceled out by the slow-down imposed by its 8,670 mph speed, there’s still some residual extra speed on those clocks because they’re so far away from the most concentrated part of the Earth's gravitational field. It’s this slightly diluted speed-up that’s calibrated into the clocks that we send up onto our satellites for the GPS network. (You’ll notice from the chart above that the space shuttle’s orbit was so close to the Earth that the gravitational effect wasn’t a big one, so the only clock-altering effect they were dealing with was due to their orbital speed around our planet.)

Anytime you pull your phone out to get directions to a restaurant, or to check how far you have left to walk, and your phone accurately figures out where you are, the GPS connection that underlies that software is relying on our understanding of relativity, and the time dilation the satellite is undergoing, to do its job properly.


Answers and Replies

Hi All. I have a little bit of a strange question I'm trying to figure out.

If a human body was undergoing time dilation relative to another object, we believe that their brain, and therefore mind would slow down along with the rest of their body, correct?

If this is so, and light continues to hit a time-dilated person's eyes at a constant rate (because c is constant), would light accumulate on their retina and cause their vision to become blurred or brighter than usual because it's hitting their eyes faster than their brain can process it?

I suppose the same question applies to sound as well, though the speed of sound is not constant.

I may be off base here and have some incorrect assumptions. Thanks for humoring me!

How can the light be hitting their eyes both at a constant rate and faster?

And why are you concerned that a human body is undergoing time dilation relative to just one other object--there are billions of objects out there, which one is going to make a difference to the human body?

Sorry, I know my question wasn't very clear.

Say there is a light source, and I am far away from it. I begin moving towards it, and as I do so, time dilates for me (though it seems constant to me) and my body slows down relative to the light source. Even though my body has slowed down, the light hitting my eyes remains at a constant speed from my perspective due to the time dilation I'm undergoing. However, my brain is moving more slowly and taking longer to process the light hitting my eyes.

Would there be some sort of "build up" of light caused by my eyes not being able to process the light quickly enough?

Basically what I'm wondering is if things get brighter as you move towards a light source, and therefore more slowly when moving away. I know that they red/blue shift, but I'm wondering about brightness or some blurring due to not being able to process the light as quickly as it's coming in due to your body being slowed down.

I'm just using a single light source/object in this example to make it as simple as possible. I know that at the speeds we travel at in our human experiences that time dilation is largely negative, so I'm guessing this affect would be as well, but I'm curious about the principal of it.

I'm pretty sure the answer is "no," or, "this is an invalid question," but I don't understand why.

Sorry, I know my question wasn't very clear.

Say there is a light source, and I am far away from it. I begin moving towards it, and as I do so, time dilates for me (though it seems constant to me) and my body slows down relative to the light source. Even though my body has slowed down, the light hitting my eyes remains at a constant speed from my perspective due to the time dilation I'm undergoing. However, my brain is moving more slowly and taking longer to process the light hitting my eyes.

Would there be some sort of "build up" of light caused by my eyes not being able to process the light quickly enough?

Basically what I'm wondering is if things get brighter as you move towards a light source, and therefore more slowly when moving away. I know that they red/blue shift, but I'm wondering about brightness or some blurring due to not being able to process the light as quickly as it's coming in due to your body being slowed down.

I'm just using a single light source/object in this example to make it as simple as possible. I know that at the speeds we travel at in our human experiences that time dilation is largely negative, so I'm guessing this affect would be as well, but I'm curious about the principal of it.

I'm pretty sure the answer is "no," or, "this is an invalid question," but I don't understand why.

Your brain doesn't slow down due to time dilation nor do your bodily processes take any longer to process light coming into your eye. Time dilation is something OTHER people see you experiencing. You don't experience it at all. You WILL see light coming into your eyes differently than if you were not traveling a substantial fraction of c, but that's not due to any change in your mental processes.

Although I don't have a link handy, there are "movies" on the internet that show what incoming light would look like as you increase in speed, and similarly as you go into a black hole and "experience" time dilation due to gravity.

It's my understanding that time dilation is an objective phenomenon, but that the subject(s) of the time dilation wouldn't know it because their brain is slowed down along with their body, so they wouldn't see themselves as moving in slow motion, but they would see other people moving quickly, relative to them.

Given this, and that the stimuli hitting their senses (e.g. Light) is NOT slowed down, wouldn't their brains "fall behind" and not be able to process the sensations as quickly as they would be coming in?

Maybe I'm just reasking the same question again.

It's my understanding that time dilation is an objective phenomenon, but that the subject(s) of the time dilation wouldn't know it because their brain is slowed down along with their body, so they wouldn't see themselves as moving in slow motion, but they would see other people moving quickly, relative to them.

Given this, and that the stimuli hitting their senses (e.g. Light) is NOT slowed down, wouldn't their brains "fall behind" and not be able to process the sensations as quickly as they would be coming in?

I think I know what you are getting at and I think you are on the right tracks once we unravel which reference frames you are talking about. It is a good idea with relativity subjects to always be clear about which reference frame you are talking about.

OK, I will use the example of a camera rather than a human brain and eye, because it is simpler to analyse, but the principles are the same.

Consider:
A laser light source that emits 10 photons per second (in its rest frame).
A camera that has a fixed shutter speed of one second (in its rest frame).
The camera and laser source are moving towards each other at 0.8c as measured in the rest frame of either.

As seen in the camera reference frame:
Taking only the simple classical Doppler effect into account, about 50 photons would arrive at the camera film in the the one second the shutter is open, due to the light source going towards the camera. On top of this the light source is subject to time dilation, so it actually only emits 60 photons per second in this reference frame and the nett result is that about 30 photons per second arrive at the camera film in the one second the shutter is open. All this produces a blue shift and a brighter image than if the source was stationary with respect to the camera.
As seen in the laser source reference frame:
In this reference frame the camera appears to be moving towards the laser source. The laser is now not subject to time dilation and emits its regular 10 photons per second. The fact that the camera is going towards the source means that it would receive 18 photons per second if we consider only simple classic Doppler shift. However, due to time dilation the camera shutter is actually open for 1.6666 seconds in this reference frame and the end result is that 30 photons arrive at the film in the time the shutter is open. (Note that this is the same result as for the camera reference frame but the explanation is different.)

Now if you liken your eye and brain to the camera and its control circuits, then yes, in the reference frame of another observer moving relative to you, he explains why you see the blue shift and brighter image, partly in terms of your slowing brain processes just as if your brain was a mechanical device. However, in your own rest frame you do not experience any brain slow down and you explain everything in terms of Doppler shift and the slowing down of the emission rate of the light source.


Žiūrėti video įrašą: Senoviniai fotoaparatai (Gruodis 2022).