Permíteme presentarte un regalo … ¡mi explicación actual de la física del presente! (Lo siento, no pude evitarlo …)
Introducción
El artículo de Wikipedia sobre la relatividad de la simultaneidad es realmente amigable con los no expertos (al menos al principio, que es suficiente para entender los conceptos importantes) y da una gran respuesta a esta pregunta.
Solo vamos a necesitar dos definiciones para esta explicación:
- Evento : un punto específico en el espacio en un punto específico en el tiempo
- AKA: un punto en el espacio-tiempo (no importa si algo interesante está “sucediendo” en el momento y lugar de un “evento”).
- Marco de referencia inercial : aquí estás, en qué dirección te estás moviendo y qué tan rápido .
- La forma en que usamos esta idea es pensar en una “perspectiva” o “punto de vista” y en cómo diferentes observadores con diferentes perspectivas (marcos de referencia inerciales) observarán diferentes cosas. (es decir, las observaciones son relativas a su marco de referencia inercial)
¿Cuál es el presente? La respuesta corta es que “El presente” es relativo. En física, podríamos decir que “la simultaneidad a distancia no es absoluta”, o que la cuestión de si dos eventos espacialmente separados ocurrieron simultáneamente (al mismo tiempo) tiene una respuesta diferente dependiendo de su marco de referencia inercial .
Esto era algo que los físicos antes de Einstein consideraban una “paradoja” porque todavía creían en un “tiempo absoluto” pero tiene sentido una vez que entiendes los conceptos básicos de la Relatividad Especial (que son sorprendentemente comprensibles para los no físicos si lees una buena fuente) .
¿Qué nervios son responsables del movimiento voluntario del músculo esquelético?
Explicación
Del artículo de Wikipedia vinculado:
Por ejemplo, un accidente automovilístico en Londres y otro en Nueva York, que parece suceder al mismo tiempo a un observador en la tierra, parecerá haber ocurrido en momentos ligeramente diferentes a un observador en un avión que vuela entre Londres y Nueva York. . La pregunta de si los eventos son simultáneos es relativa : en el marco de referencia terrestre estacionario, los dos accidentes pueden ocurrir al mismo tiempo pero en otros marcos (en un estado de movimiento diferente en relación con los eventos) el accidente en Londres puede ocurrir primero, y en otros fotogramas, el accidente de Nueva York puede ocurrir primero.
Genial, ¿eh? Ahora, si tu imaginación es como la mía, te estarás preguntando “Bueno, ¿eso significa que hay un marco de referencia inercial en el que la toma de posesión del presidente Obama ocurre simultáneamente con la coronación del rey Arturo?” ¿O tal vez un marco en el que el primer paso de Neil Armstrong en la luna es simultáneo al comienzo de la revolución estadounidense?
Bueno, resulta que hay un límite para esto:
Sin embargo, si los dos eventos pueden estar conectados causalmente (es decir, el tiempo entre el evento A y el evento B es mayor que la distancia entre ellos dividida por la velocidad de la luz), el orden se conserva (es decir, “el evento A precede al evento B”) en todos los marcos de referencia.
Ejemplos
Básicamente, si brillas un láser desde la ubicación del evento A (justo cuando ocurre el evento A) hacia la ubicación del evento B, y el láser llega al evento B antes de que ocurra el evento B, entonces el evento A definitivamente pasó primero.
Por ejemplo, tomaría la luz del láser menos de una décima de segundo para viajar desde Inglaterra a Washington DC, y una décima de segundo es menos de 1600 años, por lo que la toma de posesión de Obama y la Coronación del Rey Arturo no son simultáneas en ninguna marcos de referencia inerciales. De manera similar, la luz tarda aproximadamente 1.3 segundos en ir de la Tierra a la Luna, y 1.3 segundos es menos de 239 años, así que desafortunadamente no hay marcos de referencia inerciales en los que el One Giant Leap for Mankind y el Shot Heed alrededor de The World son simultáneo cualquiera.
Intuición
La intuición detrás de esto es porque la velocidad de la luz es esencialmente el “límite de velocidad cósmico”. Nada puede ir más rápido. Imagine que se produce un destello de luz (que llamaremos evento A ) y luego esos fotones viajan durante un tiempo (a través del vacío) antes de golpear un pedazo de papel fotosensible, causando instantáneamente otro destello (Evento B). La intuición nos dice que dado que el Evento B fue causado por el evento A, es imposible que los dos eventos sean simultáneos.
Un fotón que viaja a la velocidad de la luz a través del vacío es lo más rápido que cualquier cosa puede viajar, por lo que realmente no importa si los fotones del evento A realmente causaron el evento B o no. Lo que es importante es que podrían tener (es decir, había suficiente tiempo entre los dos eventos para haber sido potencialmente causalmente conectados). Si el evento B sucedió antes de que los fotones del evento A pudieran llegar allí, entonces sabemos que es imposible que el evento B haya sido causado por el evento A, ya que nada puede ir más rápido que eso. Y dado que no pueden conectarse causalmente, existe un marco de referencia inercial en el que los dos eventos son simultáneos.
Entonces, ¿cuál es el presente? Si tuvieras que marcar una instancia del presente haciendo brillar una luz en todas las direcciones, los lugares y horas a los que irán esos fotones marcan el límite de los eventos que “definitivamente no son simultáneos con tu presente” en cualquier marco de referencia inercial. Entonces eso nos da un límite en la dirección “hacia adelante” en el tiempo. Para el límite “hacia atrás” del presente, podríamos imaginarnos haciendo lo mismo, pero con el tiempo invertido, entonces estaríamos iluminando los eventos que habían sucedido previamente (*). Cualquier evento que la luz haya tocado podría estar potencialmente relacionado con su presente (ya sea hacia adelante o hacia atrás en el tiempo), por lo tanto no son simultáneos al presente de su marco de referencia (el momento en que brilló la luz) en ningún marco de referencia inercial. Pero los “eventos” que representan el instante “antes” de que la luz llegara allí podrían verse como simultáneos con su presente en algunos marcos de referencia.
Esta noción de encontrar “eventos que potencialmente podrían estar relacionados causalmente” al mirar lo que la luz de un evento podría tocar es en realidad una idea realmente famosa en Física llamada “cono de luz”.
Cono de luz
Imagen de Wikipedia [1]
Este diagrama representa el espacio tridimensional como un plano bidimensional. La línea vertical en el centro de la imagen ocupando la tercera dimensión en el dibujo representa el tiempo (el eje t ) con la flecha hacia abajo apuntando hacia el pasado y la flecha hacia arriba hacia el futuro. De modo que ese rectángulo en el medio representa una instantánea del universo entero en un instante específico en el tiempo, y el punto en el rectángulo donde los dos conos se encuentran representa el presente en un marco de referencia inercial específico.
El “siguiente” instante en el tiempo sería otra instantánea rectangular que se ubica directamente encima de la anterior. Un instante 10 minutos en el futuro podría tener una instantánea un poco más arriba del cono. Si dibujáramos esa instantánea, sería una “rebanada” a través del cono. Si seguimos el rastro en el lugar donde el corte interseca el cono, se vería como un círculo dibujado en el nuevo rectángulo. Cada punto dentro de ese círculo representa un punto en el espacio que la luz del evento original podría haber alcanzado en el momento de la nueva instantánea.
Este diagrama realmente representa nuestro experimento de pensamiento perfectamente. Si el evento en el centro mismo es correcto cuando iluminamos la luz, entonces el “cono de luz futuro” contiene todos los eventos futuros que posiblemente podrían verse afectados por el evento en nuestro presente cuando iluminamos la luz. Y el “cono de luz pasado” contiene todo lo que podría haber afectado ese presente. (Esto es equivalente a la idea de que cambiemos el tiempo en reversa y hagamos retroceder la luz. Consulte la nota al pie (*) para obtener más información).
Por otro lado, cada punto NO dentro del cono de luz no está relacionado causalmente con nuestro presente (es decir, no podría haber afectado nuestro presente, y nuestro presente no podría haberlo afectado porque incluso algo que viaja a la velocidad de la luz no lo haría). hacerlo entre ellos a tiempo). Por lo tanto, para cada uno de esos puntos fuera de los conos, hay un marco de referencia inercial en el que parecen ser simultáneos con nuestro presente.
Si lo piensas, eso tiene sentido. TODA esta explicación básicamente se reduce a una regla: Nadie en un marco de referencia puede ser testigo de una sola cosa en dos lugares a la vez . Si pudieras ver dos cosas que potencialmente podrían conectarse casualmente y que parecían ser simultáneas, entonces sería posible ver el mismo fotón (o cualquier otra cosa que pasara de un evento a otro) en dos lugares a la vez.
Editar: Este diagrama fue agregado para ayudar a responder la pregunta de por qué, para dos eventos que no pueden ser causalmente conectados, hay un marco de referencia inercial en el que esos dos eventos son simultáneos.
Cada una de las líneas de color dibujadas aquí representa una “línea de simultaneidad”. La línea horizontal azul es la línea de simultaneidad para el marco de referencia estacionario del Evento A. Todos los puntos (eventos) a lo largo de la línea azul están a la misma altura en el eje t pero diferentes puntos en el eje x, por lo tanto todos sucedieron al mismo tiempo (en ese marco de referencia) pero en diferentes lugares. Sin embargo, esa línea cambia a medida que avanzas más rápido. La línea violeta es, en cierto sentido, la “misma” línea que la línea azul: desde la perspectiva de ese marco de referencia que se mueve (en relación con el primer marco de referencia), todos los puntos a lo largo de la línea violeta también tienen el mismo valor en el eje t, haciéndolos todos simultáneos en ese marco de referencia, pero no desde el marco de referencia del primer observador. (Aquí hay otra imagen que puede ser útil. Asegúrese de leer la leyenda).
/Editar
Las respuestas)
Por lo tanto, si quiere definir su “presente” en términos que serán los mismos para todos los marcos de referencia, será lo mejor que obtendrá. Pero si no le importan otros marcos de referencia, recuerde que tiene su propio marco de referencia inercial en cualquier punto dado en el tiempo, como todo lo demás. Por lo tanto, el “conjunto de eventos espacialmente separados que son simultáneos a su presente en su marco de referencia inercial en cualquier punto dado en el tiempo” ES absoluto. Puede parecerle incorrecto a alguien más …
De todos modos, si encuentras esto interesante, por favor déjame un comentario. Los comentarios son lo que más me gusta de escribir en Quora.
¡Aclamaciones!
——-
(*) “Brillar una luz hacia atrás en el tiempo” es probablemente la forma más fácil de visualizarlo, pero aquí está la definición más precisa. Estamos hablando de: “El conjunto de todos los eventos que ocurrieron antes de que se active el destello de luz (con” antes “definido en términos del marco de referencia de inercia del que se establece el flash) de manera que si cada uno de esos eventos lanzaron un fotón en línea recta hacia ti en el momento de su aparición, esos fotones te golpearían exactamente en el momento en que disparabas el flash “.
Ese conjunto de eventos marca el límite “hacia atrás” de los eventos que “definitivamente no son simultáneos con usted configurando el flash” porque podrían estar conectados causalmente. Cualquier evento que ocurra “después” de esos eventos (como se ve desde su marco de referencia) en la misma ubicación de esos eventos es simultáneo con su evento en algún marco de referencia inercial.
Notas a pie de página
[1] cono de luz