¿Qué es el tiempo, fluye y, de ser así, qué define su dirección?

¿Qué quieren decir los físicos con tiempo?

Comenzaremos con la pregunta sencilla ¿Qué quieren decir los físicos con tiempo? .

Tenga en cuenta que es fácil confundirse entre los conceptos de tiempo y el flujo del tiempo . Cuando los no físicos hablan de tiempo, por lo general se refieren al flujo del tiempo, es decir, al hecho de que en la experiencia humana el tiempo fluye inexorablemente hacia adelante (a un segundo por segundo). Llegaremos a esto, pero por ahora ignoraremos la pregunta de por qué fluye el tiempo y solo abordaremos lo que significa el tiempo para un físico.

Si desea ubicar alguna posición en el espacio, un método es para configurar algunos ejes, p. ej. $ x $ , $ y $ y $ z $ ejes, y luego puede identificar de forma única cualquier punto en el espacio por sus coordenadas $ (x, y, z) $ .

Para distinguir entre eventos que ocurren en el mismo punto en el espacio pero en diferentes momentos necesitamos especificar cuando ocurrió un evento, así como donde sucedió, así que agregamos una coordenada de tiempo $ t $ . Luego, los eventos se pueden ubicar de forma única por sus coordenadas espacio-tiempo $ (t, x, y, z) $ . Para un físico, el tiempo es solo una coordenada que se utiliza para especificar eventos en el espacio-tiempo. En la figura 1 anterior, tenemos un eje $ x $ que se extiende desde $ – \ infty $ a $ \ infty $ , un eje $ y $ que se extiende desde $ – \ infty $ a $ \ infty $ y un eje $ z $ que se extiende desde $ – \ infty $ a $ \ infty $ . A estos, un físico agrega un eje $ t $ que se extiende desde $ – \ infty $ a $ \ infty $ , y eso es lo que es el tiempo, solo una coordenada.

Pero la experiencia cotidiana nos dice que el tiempo es especial, ciertamente diferente del espacio, entonces, ¿qué justifica la opinión del físico de que el tiempo es solo una coordenada? Para entender esto, comience con el tiempo en el mundo cotidiano como lo describe la mecánica newtoniana.

Suponga que configuro un sistema de coordenadas conmigo mismo en el origen, $ x $ hacia el este, $ y $ hacia el norte y $ z $ directamente hacia arriba. Por tiempo usaré mi reloj de pulsera. Y supongamos que haces lo mismo, pero supongamos que estás en un país diferente al mío. Nuestros dos conjuntos de coordenadas no coincidirán porque nuestros ejes Este, Norte y arriba apuntan en direcciones diferentes.

O suponga que se está moviendo en relación conmigo. Incluso ignorando la curvatura de la superficie de la Tierra, nuestras coordenadas no coincidirán porque tu origen se mueve constantemente en relación con mi origen; lo que parece estar estacionario para mí se mueve en tus coordenadas y viceversa .

Por tanto, las coordenadas espaciales dependen del observador. Sin embargo, el tiempo es absoluto. Suponiendo que ambos usamos Greenwich Mean Tim e (o algún otro estándar similar), ambos siempre estaremos de acuerdo en la hora, sin importar dónde estemos en la Tierra o cómo estemos. moviéndose entre sí. En la mecánica newtoniana el tiempo es especial por esta razón, por lo que tiene sentido considerarlo por separado del espacio.

Sin embargo, desde 1905 sabemos que para describir correctamente el mundo que nos rodea tenemos que usar la relatividad especial, y en relatividad, el tiempo no es el mismo para todos los observadores. Volvamos a la mecánica newtoniana ordinaria por un momento, y supongamos que se está moviendo en relación conmigo a lo largo del eje $ x $ a cierta velocidad $ v $ .Si dibujamos mis ejes de tiempo $ t $ y posición $ x $ y tus $ t $ y $ x $ ejes que se verían así:

Nuestros dos ejes de tiempo apuntan en la misma dirección, así que ambos estamos de acuerdo en lo que significa para definir un eje de tiempo. Pero ahora suponga que se mueve a una velocidad relativista $ v $ y dibuja el mismo diagrama.

Cuando incluimos la relatividad especial, nuestros ejes ya no apuntan en la misma dirección. Si dibujo mi eje de tiempo hacia arriba, entonces, en relación conmigo, su eje de tiempo se gira en un ángulo $ \ theta $ dado por:

$$ \ tan (\ theta) = \ frac {v} {c} $$

Entonces, la dirección de tu tiempo es una mezcla de mi tiempo y espaciales. Vería exactamente lo mismo: si dibuja su eje de tiempo hacia arriba, verá mi eje de tiempo rotado por $ – \ theta $ . En efecto, tenemos diferentes definiciones de tiempo y, de hecho, esta es la razón por la que obtenemos la dilatación del tiempo en la relatividad.

El punto de todo esto es que en la relatividad el tiempo no está definido de manera única. Cuando consideramos las coordenadas utilizadas por diferentes observadores, encontramos que el tiempo y el espacio se mezclan entre sí. El tiempo ya no es distinto del espacio, y es por eso que los físicos lo tratan como solo una de las cuatro coordenadas que juntas forman el espacio-tiempo de cuatro dimensiones.

¿Cómo fluye el tiempo?

El anterior La sección explicaba lo que los físicos entienden por tiempo, pero no menciona el flujo del tiempo. Esto se debe a que en la relatividad el tiempo no fluye; más precisamente, el flujo del tiempo no existe como concepto.

Esto va a requerir una explicación, así que déjame inténtelo usando un ejemplo simple. Suponga que le tiro una pelota y la atrapa. La experiencia cotidiana nos dice que el tiempo avanza y, al hacerlo, la pelota se eleva de mi mano y luego cae a la tuya. Si graficamos la altura de la pelota, $ h $ , contra el tiempo, $ t $ , Obtendrá algo como:

En la física newtoniana, esto tiene una interpretación simple y agradable: el tiempo fluye hacia adelante y la altura es una función del tiempo. Podemos escribir la altura como $ h (t) $ . Pero ahora déjame dibujar un gráfico diferente. Graficaré la altura de la pelota, $ h $ , contra la distancia, $ d $ , la bola viaja horizontalmente mientras se mueve de mí a ti:

Esto se parece terriblemente al gráfico anterior y, de hecho, puedo escribir la altura de la pelota en función de la distancia horizontal recorrida, $ h (d) $ . Pero no diríamos que la distancia $ d $ fluye hacia adelante y la altura cambia a medida que lo hace, porque, bueno, el tiempo es diferente de la distancia. Los dos gráficos son solo vistas diferentes de un gráfico de cuatro dimensiones que muestra la trayectoria de la bola en el espacio-tiempo (solo voy a dibujar tres dimensiones porque no puedo hacer 4D gráficos):

En la sección anterior hice algunos extremos para explicar que el tiempo es solo una coordenada, como las coordenadas espaciales, por lo que este gráfico no muestra el tiempo fluyendo más de lo que la distancia o la altura fluyen. La trayectoria de la bola es solo una línea en una 4D.

En relatividad llamamos gráficos como las líneas del mundo anteriores, donde la línea del mundo es solo el conjunto de todos los puntos del espacio-tiempo $ (t, x, y, z) $ que ocupa la pelota durante su trayectoria. Esta línea del mundo es un objeto fijo en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones; no cambia con el tiempo. Todo lo que cambia es la posición de la pelota en la línea del mundo. Por eso decimos que el tiempo no fluye. El tiempo es solo una de las cuatro dimensiones que ocupa la línea del mundo.

De hecho, cualquier propiedad física, presión de un gas, fuerza de un campo gravitacional, o lo que sea, puede escribirse como una función en las cuatro dimensiones del espacio-tiempo, $ F (t, x, y, z) $ . Escrito de esta manera, el objeto geométrico $ F $ existe en todo el espacio y en todo el tiempo; no es algo que evolucione en el tiempo más de lo que es algo que evoluciona en el espacio.En principio, podríamos tener alguna función que representara todo el universo, $ \ mathcal {F} (t, x, y, z) $ , y esto existiría para todos valores de $ t $ , $ x $ , $ y $ y $ z $ . Esta idea (o una variedad de ideas similares) se llama universo de bloques , la idea de que todo el universo existe simultáneamente y el tiempo no fluye.

En este punto, debo señalar que muchos físicos, y supongo que la gran mayoría de los que no son físicos, dirían que esto es solo una trampa matemática y que es una tontería decir que el tiempo no fluye. No voy a hacer ningún comentario, excepto para decir que esto nos lleva muy bien a la última de nuestras preguntas.

¿Por qué hay una flecha de tiempo?

Sin embargo, matemáticamente convincente la idea de un universo de bloques puede ser, el hecho es que nuestra experiencia diaria nos dice que:

1. el tiempo fluye

2. fluye en una dirección: hacia adelante y nunca hacia atrás

Entonces, ¿cómo reconciliamos esto con la idea de un universo de bloques? Muchos físicos han pensado mucho en esto y hay muchas opiniones diferentes. Sin embargo, existe un cierto consenso de que está relacionado con la entropía . De hecho, esto está encapsulado en la segunda ley de la termodinámica, que en términos generales establece que para cualquier sistema aislado, la entropía solo aumenta.

Considere algún mecanismo. No nos preocuparemos de qué es exactamente, por ejemplo, podría ser algo mecánico, una nube de gas interestelar o un cerebro humano. Cuando hablamos de que el tiempo avanza, queremos decir que el estado de la máquina cambia en una dirección específica, p. Ej. un reloj avanza, y la segunda ley de la termodinámica nos dice que cambia en la dirección de aumentar la entropía.

Suponiendo que el cerebro humano es solo un mecanismo, cambia en la dirección de aumentar la entropía como todos los otro mecanismo. Pero si la conciencia es el resultado del cambio cerebral, se deduce que cualquier ser consciente observará los mecanismos que cambian en la dirección del aumento de la entropía. Esto no es tanto una ley física como una correlación. Dado que nuestros cerebros cambian en la misma dirección (de entropía creciente) que todo lo demás, eso significa que necesariamente observarán que todo cambia en esta misma dirección. A esta dirección le llamamos tiempo de aumento.

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Si se me permite una opinión personal, diría que todo esto parece un poco trillado, demasiado bueno para ser verdad, y parece una explicación sospechosamente simple para algo tan complicado como el universo. Sin embargo, no tengo mejor sugerencia que hacer. De hecho, no creo que nadie tenga una sugerencia mejor, o al menos no una lo suficientemente mejor como para convencer a grandes sectores de la comunidad física.

Comentarios

• A tiene un pequeño problema aquí: si el tiempo y el espacio son » equivalentes » entonces, ¿por qué para cualquier t dada solo hay un punto en la línea del mundo, mientras que para un valor dado de x puede haber 0, 1, o muchos puntos de la línea del mundo.
• No tenemos ningún caso conocido de detección de ningún fenómeno físico que no sea continuo en hora. Lo que describiste será un objeto muy extraño que existe simultáneamente en múltiples ubicaciones en un marco
• Excelente respuesta, pero ‘ me gustaría hacer un pequeño comentario sobre la pelota y la línea del mundo. Dices » que la línea del mundo no ‘ t cambia con el tiempo, todo lo que cambia es la pelota ‘ s posición en la línea mundial «. Creo que esto contradice el mensaje general; Sería más cercano al punto de vista del físico decir que la pelota es la línea del mundo, todo a la vez. Si dices que la bola se mueve, no ‘ te has librado del » flujo de tiempo » concepto.
• Tengo una duda al respecto. Puedo mantener la posición de un objeto en (x, y, z) pero no puedo ‘ mantener la coordenada de tiempo. Entonces, ¿cómo explicaría que el tiempo es el mismo que los otros 3 ejes aquí en este caso?
• Buena respuesta hasta » Suponiendo que el cerebro humano es solo un mecanismo , cambia en la dirección de aumentar la entropía al igual que cualquier otro mecanismo. » Verá, el cerebro es un subsistema, uno que está más ordenado que su entorno, lo cual es perfectamente legal. La vida es orden que escupe desorden. Entonces, vincular nuestra forma física a nuestra percepción del tiempo necesitará pensar un poco más. No digo que no se pueda ‘ t hacerse.

¿Qué es el tiempo?

Como dijo Einstein, el tiempo es lo que miden los relojes . Y si echa un vistazo a lo que realmente hace un reloj, si abre un reloj y le da una fría mirada científica a la evidencia empírica, verá engranajes girando o un cristal oscilando. Verá que el reloj presenta algún tipo de movimiento cíclico regular junto con algo como engranajes o un dispositivo de conteo, y brinda algún tipo de visualización acumulativa de lo que llamamos «el tiempo». Sin embargo, todo lo que sucedió en realidad es que los engranajes, etc. se han movido , y la mano grande se ha movido junto con la mano pequeña. Una vez que aprecies esto, la relatividad especial se simplifica, particularmente cuando se piensa en la naturaleza ondulatoria de la materia. La velocidad máxima de movimiento es la velocidad de la luz, por lo que el movimiento macroscópico a través del espacio necesariamente da como resultado una reducción en la velocidad del movimiento local. Consulte el simple inferencia de dilatación del tiempo en Wikipedia.

¿Fluye?

No, no. El agua fluye. Puedes verla fluir. Pero cuando intentas ver el tiempo fluyendo , todo lo que puedes ver son engranajes girando o un cristal oscilando. La noción de que el tiempo fluye es solo una forma de hablar, una abstracción. La luz se mueve, los planetas se mueven, la sangre se mueve, las señales electroquímicas se mueven, los engranajes se mueven. Todo se mueve, y puedes ver este movimiento. Pero tú No puedo ver el tiempo fluyendo. Porque no es así. Un reloj no es un medidor de gas cósmico que mide el flujo del tiempo. Abra un medidor de gas y encontrará gas fluyendo a través de él. Abra un reloj y no encuentra el tiempo fluyendo a través de él.

y si es así, ¿qué define su dirección?

No hay tiempo dirección. Eso también es una abstracción. ¿Puedes apuntar en esta dirección? No. ¿Puedes moverte en esta dirección del tiempo? No. Debido a que el tiempo es solo una medida acumulativa de movimiento, no puedes moverte a través de una medida de movimiento y no hay dirección puede tomar.

¿Qué quieren decir los físicos con tiempo?

La mayoría los físicos quieren decir lo mismo que cualquier otra persona. Pero algunos le dirán que es una coordenada, que es otra cosa abstracta, en lugar de algo asociado con el movimiento o el cambio.

Comentarios

• La física sin tiempo es de hecho más simple, y encaja mucho mejor tanto con la relatividad como con la física cuántica. No ‘ creo que este sea el problema con tu respuesta. Para mí, parece demasiado simplificado, hasta el punto en que ‘ es algo engañoso. Por ejemplo, claro, el tiempo es lo que miden los relojes. Pero, ¿qué es lo que nos lleva a desarrollar relojes cada vez más precisos? Obviamente, debemos tener una forma de medir la precisión de los relojes. ¿Se mueven los planetas? Bueno … tienen impulso. Pero aparte de eso, ‘ todavía están ocupando algunos puntos específicos en el espacio-tiempo. El momento es direccional, en el espacio y el tiempo.
• El argumento de ver el flujo del tiempo tampoco ‘ t funciona muy bien (y nuevamente, I ‘ Estoy bastante convencido de que la física sin tiempo es la mejor explicación aquí). Si ‘ nos movemos con el mismo flujo de tiempo que todo lo que nos rodea, ¿cómo podríamos percibir el flujo? Es ‘ como estar en un enorme molino de hilos que lleva al mundo entero hacia adelante. No puedes ‘ percibir el movimiento, se mueve al mismo ritmo. Por último, ¿cuál ‘ es la diferencia entre » tiempo es una medida de movimiento y cambio » y » el tiempo es una coordenada, y el movimiento y el cambio implican esa coordenada «?
• @ Luaan: there no es una cinta de correr. No hay movimiento a través del tiempo. El flujo del tiempo es solo una forma de hablar. Algún punto en el espacio-tiempo es algo abstracto. También lo es esa coordenada de tiempo. Vivimos en un mundo de espacio y movimiento. Esa ‘ es la realidad objetiva empírica. Es ‘ así de simple.
• Esta respuesta va demasiado lejos. Sí, es ‘ bastante obvio que las cosas que usamos dentro de nuestro cerebro para adaptarnos mejor al entorno no son las cosas que realmente existen en nuestro entorno (» el mapa no es territorio «). Por lo tanto, » time » pertenece a la misma categoría que » desempleo » o » ley » o » número 7 «. Si. Pero luego la respuesta abandona el tema como si fuera todo para decir. ¡No, no y no!Si voy a mapear cosas dentro de mi cerebro, todavía necesito inventar y usar y discutir conceptos como desempleo, ley, número 7, etc., y también tiempo y flecha del tiempo. Estos son juguetes extremadamente útiles dentro de nuestro cerebro.
• La analogía del agua que fluye me incomoda. Dices que el agua fluye y que puedes verla fluir. Pero solo lo ves fluir con el paso del tiempo. Si el tiempo fuera » pausado «, entonces el flujo de agua también se detendría y no vería ningún flujo en absoluto. La expresión » flujos de agua » implica el fluir del tiempo, incluso si no se puede observar este último directamente. A mi modo de ver, tienes que tomar ambos o ninguno. Si el tiempo no ‘ t fluye, entonces no puede ‘ tampoco decir que el agua fluye; todo lo que puede hacer es describir la posición del agua en términos de varias coordenadas del espacio-tiempo.

Muy bien, déjame probarlo también:

• ¿Qué quieren decir los físicos con tiempo? Permítanme comenzar con una cita de Hermann Weyl:

El mundo simplemente es , no suceder . Solo con la mirada de mi conciencia, arrastrándose a lo largo de la línea de vida de mi cuerpo, una sección de este mundo cobra vida como una imagen fugaz en el espacio que cambia continuamente en el tiempo.

Cuando escribe «El mundo simplemente es » obviamente no está usando es en el sentido de «existir en el tiempo». El tiempo (como se indica en la cita) llega a existir por medio de nuestra conciencia (que divide el mundo en pasado y futuro, pero que en realidad «están» allí) que «se arrastra» a lo largo de la línea de vida de nuestro cuerpo. Una analogía sería un órgano de barril junto con un rollo de música de papel puntuado. Somos el órgano de barril (conciencia) y nos movemos a lo largo del rollo (el mundo que simplemente es), produciendo así la música que ya está presente en su totalidad en el rollo. Esto también es lo que pensaba Einstein:

Para nosotros, que somos físicos convencidos, la distinción entre pasado, presente y futuro no tiene otro significado que el de una ilusión, aunque tenaz.

Creo que esta es la forma en que la mayoría de los físicos piensan sobre el tiempo (la llegada a la existencia, por medio de nuestra conciencia del movimiento de un mundo que simplemente es; el pasado , presente y futuro coexisten). Pero con certeza, hay algunos (o muchos, no investigué) que piensan que el tiempo sí existe objetivamente.

Porque por De la misma manera, podemos decir que es el mundo el que cambia continuamente y no a priori «simplemente es». Nuestra conciencia percibe este mundo en constante cambio como un mundo en el que hay tiempo. O, en la analogía del órgano de barril, no nos movemos a lo largo del rollo de música, sino que el rollo de música se despliega ante nosotros (sin que toda la música ya esté allí).

El tiempo estaría entonces constituido por el constante configuraciones cambiantes de todas las partículas elementales. Creo que se puede decir que el tiempo es entonces un fenómeno que surge del comportamiento colectivo de partículas verdaderamente elementales para las que el tiempo no existe. ¿Cómo puede existir el tiempo para una partícula verdaderamente elemental si siempre permanece igual? En otras palabras, ¿cómo puede envejecer? El envejecimiento, un buen ejemplo del tiempo, surge del comportamiento colectivo de partículas elementales.

• ¿Cómo fluye el tiempo? No puedo responder a esto porque el tiempo no puede fluir. Que es, creo, lo que piensan la mayoría de los físicos. Las partículas elementales en movimiento de las que emerge el tiempo obviamente pueden fluir. espacio, con el que el tiempo forma un espacio-tiempo absoluto. Subjetivamente se puede percibir el tiempo como «fluyendo» muy lentamente (cuando uno lo pasa mal) o muy rápido («el tiempo pasa volando muy rápido cuando nos besamos»), pero esa «es una pregunta de palabras. O mira la situación cuando sueñas: el reloj al lado de tu cama dice que han pasado cinco minutos, pero en tu sueño parecía que había pasado mucho más tiempo. Para los animales, la percepción del tiempo también puede ser muy diferente. Pero esto aparte. Entonces, la respuesta a su pregunta es que el tiempo no puede fluir en el sentido habitual. Lo que significa que tampoco tiene una dirección.

• ¿Por qué hay una flecha del tiempo? Primero, déjeme enfatizar que la flecha del tiempo no implica que el tiempo tenga una dirección. La flecha no apunta a un punto en el espacio. La flecha tampoco apunta del pasado al futuro, porque el tiempo obviamente no tiene dirección en el tiempo. La flecha del tiempo simplemente significa que el pasado es diferente del futuro, y una flecha es una buena analogía para abordar esto. Entonces, la pregunta que hace es, de hecho: «¿Por qué el pasado es diferente del futuro?»Según la segunda ley de la termodinámica, el comportamiento colectivo de todas las partículas del Universo es tal que las partículas tienden a configurarse cada vez más desordenadas (si la configuración inicial no está en un estado desordenado máximo). Ahora, por definición, el pasado del Universo se encuentra en un estado más ordenado del que se encuentra el futuro. Puede preguntarse qué pasaría si los movimientos de todos los campos de partículas se invirtieran (lo que solo se puede hacer en la mente, pero el difunto Stephen Hawkins pensó una vez que esto sucedería si el Universo cambiaba de expansión a contracción, un pensamiento del que más tarde admitió afortunadamente que era incorrecto). ¡Algo sobre lo que pensar!

• Si desea una respuesta breve, entonces:
  • Los físicos se refieren principalmente a un eje de coordenadas cuando hablan de tiempo. ¡También en la teoría de la relatividad estamos midiendo el tiempo en metros!
• ¿Cómo fluye el tiempo?
  • Yo diría más bien: cómo pasa. En la teoría de la relatividad « asumimos » que el tiempo pasa con la velocidad de la luz . Definimos la dirección del tiempo por esa « definición «:
    • La dirección del paso del tiempo es la misma dirección donde la entropía crece. Si no sabe qué es la entropía, entonces, en pocas palabras, la entropía es una medida de la desorganización de la materia. Entonces, el tiempo pasa en la dirección donde aumenta la desorganización de las partículas en nuestro universo.

Fue un breve respuesta y no fue muy precisa, pero si desea una explicación más profunda de estas cosas, puede leer muchos libros y ver muchos videos en youtube sobre este tema. Espero que mi respuesta haya sido útil.

Adoptaré un punto de vista diferente al de otras respuestas. El flujo del tiempo se puede usar en relatividad.

Algunas respuestas anteriores y esta respuesta a ¿Realmente se necesita un tiempo infinito (del observador) para que alguien caiga en un agujero negro? puntual en el tiempo como en el Block Universe . El espacio-tiempo es un bloque 4D inmutable. El tiempo no fluye.

Según esta respuesta a Comprensión ding fenómenos emergentes en el universo de bloques. (Pregunta reformulada) , para que exista un flujo de tiempo, tendría que haber un parámetro físicamente significativo $ \ lambda $ que definiría el flujo a través de $ dt / d \ lambda $ en el bloque 4D. No hay flujo. La gente define un parámetro afín como este todo el tiempo en la relatividad general, pero no tiene ningún significado físico.

Desde este punto de vista, soy algo así como un rollo de película. Cada cuadro soy yo en un momento particular. Cada fotograma existe de forma independiente, independientemente del fotograma » ahora » o de si la película se está reproduciendo o no. En cada cuadro, estoy en un estado que siente el fluir del tiempo y recuerda el pasado.

Sin embargo, como esta respuesta a ¿Cómo puede la posición de una partícula ser aleatoria e incierta en la mecánica cuántica si ya está predeterminada en la relatividad? aclara que esta visión no significa el futuro está predeterminado de una manera que es incompatible con la mecánica cuántica. Independientemente de cómo resulten las funciones de onda y las mediciones de la mecánica cuántica, los eventos resultantes se pueden presentar en un bloque de espacio-tiempo 4D. El bloque es una forma conveniente de ver los eventos para la relatividad.

Muchos físicos adoptan el punto de vista de que el Universo de Bloques es la forma en que funciona el universo. Pero como dijo John Rennie en su respuesta, hay otros puntos de vista de que esto es solo una trampa matemática, y que el tiempo realmente fluye. / p>

Por ejemplo, las simulaciones numéricas relativistas generales a menudo utilizan el formalismo ADM para comenzar con una condición inicial encendido y calcular estados futuros. El espacio-tiempo se divide en hojas espaciales etiquetadas por t. El tensor métrico 3D de cada hoja se utiliza como variable dinámica, junto con su momento conjugado. Se puede derivar un hamiltoniano y ecuaciones de movimiento. Los estados futuros se pueden calcular sin conocerlos de antemano.

Todo esto muestra que el Universo de Bloques es compatible con la física tal como la conocemos, a pesar de su violación del sentido común. Pero el Universo de Bloques no es necesario.

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Parte de la visión de sentido común del tiempo es que fluye. El presente es todo lo que existe. El futuro aún no ha sucedido. El pasado terminó y quedó atrás. Me gustaría argumentar que esto también es compatible con la relatividad.El flujo del tiempo no es requerido por la relatividad, pero si existe, no perjudica a la teoría. Para hacer eso, miraré un poco más a fondo lo que significa la simultaneidad.

La luz viaja a $ 3 \ veces 10 ^ 8 $ m / s. Nos sentimos cómodos en $ 3 $ m / s. Encontramos que la física relativista es contraintuitiva.

Considere un mundo donde el movimiento más rápido es $ 3 \ times 10 ^ {- 8} $ m / s . Esto es aproximadamente 1 m / año, la velocidad de un glaciar. Los físicos del mundo glaciar se mueven demasiado lentamente para ver los efectos del movimiento con los que nos sentimos cómodos. Podemos aprender acerca de nuestras dificultades conceptuales al observar lo que ellos encuentran contraintuitivo sobre la física cotidiana.

En la física clásica del mundo glaciar, cada objeto tiene una propiedad intrínseca fija llamada posición. Todo observador está de acuerdo con la posición de un objeto dado. La posición se puede utilizar como la identidad del objeto.

Sin embargo, las mediciones precisas o las mediciones durante largos intervalos de tiempo muestran que la posición cambia con el tiempo. Esto conduce a conceptos contrarios a la intuición, como el » fallo de sameplaceity » y » velocidad «.

Por lo general, estos pueden ignorarse. Pero los observadores que viajan a velocidades cotidianas verían efectos extraños. Los físicos del glaciar Bob y Alice están de acuerdo en que ambos tienen una posición $ x_0 $ en el momento $ t_0 $ . En $ t_1 $ , Bob dice que tiene la posición $ x_0 $ , tal como cabría esperar. Del mismo modo, Alice dice que todo es normal con ella. Pero Bob dice que Alice está en $ x_1 $ .

Esto genera confusión. Ni Bob ni Alice han cambiado su posición inmutable. Y, sin embargo, ahora se encuentran en dos posiciones diferentes. ¿Son esas posiciones de alguna manera las mismas? ¿Es posible de alguna manera ocupar dos posiciones al mismo tiempo?

Tenemos una confusión similar sobre el fracaso de la simultaneidad. Pensamos en el tiempo como absoluto. Un tiempo $ t_0 $ identifica de forma única una porción de espacio-tiempo. Cuando $ t_0 $ es ahora, todos los eventos en ese segmento tienen su momento de existencia. El estado del universo está especificado de forma única por $ t_0 $ . Todos los observadores están de acuerdo en esto. El flujo del tiempo es la progresión del estado universal de causa a efecto. Es por eso que el flujo del tiempo tiene sentido.

Sin embargo, las mediciones muestran que la velocidad de la luz es constante. Esto conduce al fracaso de la simultaneidad. Los físicos cotidianos Robert y Alicia se cruzan a una velocidad relativista. Ambos eligen sistemas de coordenadas que acuerdan que pasan en $ (x_0, t_0) $ . Observan el evento que Robert ve como $ (x_1, t_0) $ . Robert dice que esto está teniendo su momento de existencia ahora. Alicia dice que el mismo evento ya sucedió o no ha sucedido todavía. Esto genera confusión. Un evento ocurre en dos momentos diferentes.

El Universo de Bloques es una forma de evitar esto. Si un evento existe en dos momentos diferentes tiempos, no debe tener una existencia momentánea. Debe existir siempre que sea el momento de que exista en cualquier marco de referencia. Esto preserva la noción de que todos los eventos en un segmento de espacio-tiempo definido por un tiempo existen en ese momento. Sin embargo, destruye la noción del tiempo que fluye. Una sucesión de eventos no llega a existir y desaparece. Todo el bloque de eventos en todo el espacio-tiempo simplemente existe estáticamente.

Otra forma es dejar ir de la noción de que la simultaneidad es absoluta. Cada objeto sigue una línea del mundo donde fluye el tiempo. Cada evento que experimenta el objeto llega a existir en su momento y desaparece. Pero no hay una forma universal de emparejar los tiempos de eventos separados. La coincidencia es como dependiente del movimiento como coincidir con la posición de eventos separados .

Este es un obstáculo conceptual mucho más difícil para nosotros que cualquier otra cosa en la relatividad especial. Estamos acostumbrados a que Robert vea dos eventos como el mismo lugar, pero Alicia los ve como diferentes debido a su movimiento. Pero que Robert vea dos eventos al mismo tiempo y Alicia los vea diferentes debido a su movimiento viola nuestra noción de qué es el tiempo. Es difícil acostumbrarse a la idea de que el tiempo no es lo que pensábamos que era.

Esto no cambia lo que es la simultaneidad en la relatividad. Se puede inferir la simultaneidad de dos eventos separados medidos en un marco de referencia inercial particular. Robert, sentado en $ x_0 $ , siempre puede confiar en su reloj en $ x_0 $ para ser uniforme. Envía un pulso de luz que se refleja en un evento en $ x_1 $ y regresa. Registra las horas de salida y regreso.La velocidad de la luz es constante, por lo que el pulso pasa la mitad del tiempo saliendo y la otra mitad regresando. Por lo tanto, la reflexión es simultánea con el evento que Robert experimentó en el momento intermedio.

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La diferencia entre los puntos de vista del Universo de Bloques y el Tiempo que Fluye es puramente filosófica. Ambos usan los mismos diagramas de espacio-tiempo, hacen los mismos cálculos y llegan a las mismas respuestas. Un punto de vista considera el diagrama de espacio-tiempo como un bloque de eventos existentes estáticamente. El otro lo considera como una colección de historias vagamente emparejadas.

Ambas nociones de tiempo son diferentes de la noción de sentido común. No conozco ningún experimento que pueda distinguir estas interpretaciones del tiempo. Usa la que te haga sentir más cómodo.

Sin embargo, hay una diferencia. El Universo de Bloques no incluye la progresión de estado desde el tiempo temprano al tiempo posterior. Debe agregarse. Hay alguna pregunta de cómo motivarlo y explicar la dirección. El Flujo del Tiempo no explica esta progresión. Simplemente se asume.

Por supuesto John Rennie «s answer es correcta, así como la respuesta de John Duffield . Ambas respuestas son en su mayoría correctas y técnicas. Pero déjeme intentar explicarlo de una manera más sencilla. Así que permítanme intentar agregar algo explicándolo de una manera realmente simple y comprensible y comparando las dos respuestas en las que coinciden y en las que no.

1. ¿Qué es el tiempo?
   Por John Rennie:

   es lo que quieren decir los físicos, por definición de los cuatro vectores, y que el tiempo es una coordenada en ese sistema de 4 dimensiones que llamamos espacio-tiempo.

   Por John Duffield:

   es el movimiento de las piezas del reloj.

   Ambos tienen razón. Pero ambos intentan tomarlo desde otro ángulo. Vamos a tomarlos uno por uno, tratando de unificarlos.

La primera respuesta dice que el universo está configurado así y los cuatro vectores están configurados para que el tiempo como dimensión sea solo otra dimensión como las 3 dimensiones espaciales que percibimos fácilmente. Ahora bien, esto es correcto y es solo la medida del espacio-tiempo. Explica que cualquier movimiento (velocidad) en las dimensiones espaciales se ve afectado (y viceversa) por el movimiento (velocidad) en la dimensión temporal. Si algo se mueve a una velocidad $ c $ en el espacio, no debe moverse en el tiempo (su velocidad en la dimensión temporal es 0). Si algo se mueve más lento, entonces la velocidad $ c $ en el espacio, debe comenzar a moverse en la dimensión del tiempo. Eso es solo un hecho empírico, y así es como se configuran el universo y los cuatro vectores .

Esto también se reduce al universo de bloques, donde todos los «segmentos de tiempo» ya existen, y los percibimos a medida que nos «movemos» a lo largo de las coordenadas de la dimensión de tiempo.

Ahora bien, no existe una teoría aceptada sobre en qué consiste todo y cómo se gana la masa en reposo , pero una teoría es que las partículas sin masa ( gluones ) oscilan a una velocidad c en algún confinamiento.

En SR , la dilatación del tiempo se explica en un ejemplo por un reloj de fotones, con dos espejos y un fotón moviéndose entre ellos (como oscilando ) los espejos (cierto confinamiento). Entonces, si tomamos esto como una analogía, podríamos decir que el tiempo es el movimiento (en el espacio) del fotón o el gluón entre espejos o confinamiento. Entonces, todo lo existente podría consistir en pequeños relojes de gluones.

Entonces, la primera respuesta podría llevar a decir que por el movimiento (oscilación) de los pequeños relojes «los gluones y su velocidad en el espacio (oscilando a una velocidad $ c $ ) afecta su velocidad en la dimensión de tiempo (velocidad 0, tiempo congelado). Por lo tanto, los cuatro vectores mostrarán que estos no se mueven en el tiempo.

Pero tan pronto como miremos al superior las partículas de nivel que acumulan, de alguna manera, debido al confinamiento ganan masa en reposo a las partículas de nivel superior, y esas (las partículas de nivel superior) se ralentizan en el espacio. Por lo tanto, deben comenzar a moverse en la dimensión del tiempo, y eso es lo que sus cuatro vectores se mostrarán, se moverán en la dimensión de tiempo con una velocidad> 0.

Así que aquí es donde la primera respuesta se conecta con la segunda respuesta, dice que el movimiento (velocidad) en las dimensiones del espacio afectó el movimiento (velocidad) en la dimensión del tiempo.

La segunda respuesta dice que el tiempo es solo el movimiento de las partes de un reloj. Básicamente, está de acuerdo con la primera respuesta diciendo que todo es como un reloj de fotones y que el movimiento en el espacio afecta el movimiento en el tiempo.

2. ¿El tiempo fluye? No, ambas respuestas dicen que no, porque el tiempo no fluye, somos nosotros moviéndonos a lo largo de las coordenadas de la dimensión temporal.

El La primera respuesta dice explícitamente que nos estamos moviendo a lo largo de la dimensión del tiempo y que es más como un universo de bloques, donde todo ya existe.

La segunda respuesta dice que el tiempo es solo partículas en movimiento, por lo que el tiempo en sí no fluyen, pero las partículas se mueven y eso es lo que percibimos como el flujo del tiempo.

La primera respuesta es correcta. Así es como se configuran el universo y los cuatro vectores. Permítanme mostrar por qué la segunda respuesta es incorrecta, y para hacer eso, necesito explicar algo que ninguna de estas respuestas menciona.

3. El caso de que ninguna de estas respuestas explique es: si todo en el universo (todas las partículas, energía) no se moviera en el espacio (serían estacionarias en las dimensiones espaciales).

En este caso, la primera respuesta er diría que basado en el vector cuatro, todavía veríamos que todo se mueve en la dimensión de tiempo a la velocidad $ c $ . Eso es exactamente lo que dice el cuatro vector, y es empíricamente cierto.

La segunda respuesta implicaría que en este caso, como nada se mueve en el espacio, no percibimos el tiempo, y no hay tiempo, no existe. Pero eso no es verdad. La segunda respuesta se basa en un concepto erróneo. Implica que las partículas se mueven en el espacio y que nuestra velocidad (que tiene masa en reposo) es normal, y que tendríamos que acelerar (en las dimensiones del espacio) a la velocidad de la luz. Eso no es verdad. Todo lo que no tiene masa en el universo se mueve a una velocidad $ c $ en el espacio (y se mueve a una velocidad 0 en la dimensión temporal) inmediatamente cuando se crea. Ya que podríamos usar la analogía y decir que todo consiste en pequeños relojes de fotones (gluones), todos se mueven en el espacio a una velocidad $ c $ a medida que se crean. Si de alguna manera ganan velocidad para las partículas de nivel superior que acumulan (al oscilar en algún confinamiento), entonces ralentizan esas partículas de nivel superior en el espacio. Esa es la única forma de moverse más lento que la velocidad $ c $ en el espacio, para reducir la velocidad. A medida que disminuyen la velocidad, al ganar masa, ellas (las partículas de nivel superior) comienzan a percibir el tiempo como nosotros (que tenemos masa en reposo) y también comienzan a moverse en la dimensión del tiempo.

Ahora, si ralentizamos tanto que nos volvemos estacionarios en el espacio, eso no es nada especial. Entonces seguimos moviéndonos a la velocidad $ c $ en la dimensión de tiempo. El concepto erróneo que ves es que puedes pensar que la velocidad 0 en el espacio es especial (considerando su efecto sobre la velocidad en la dimensión del tiempo). No lo es. La velocidad 0 en el espacio es igual (su efecto sobre la velocidad en la dimensión del tiempo) como cualquier otra velocidad < $ c $ en el espacio. La única velocidad en el espacio que tiene un efecto especial (en la velocidad en la dimensión de tiempo) es la velocidad $ c $ . Pero esa es la única velocidad que pueden tener las partículas sin masa y si algo quiere moverse más lento, tiene que reducir la velocidad ganando masa.

Entonces, la segunda respuesta es incorrecta, cuando dice que las partículas se mueven hacia adentro espacio y que es lo que percibimos como el flujo del tiempo. Porque, incluso si nada se moviera en el espacio, todavía nos moveríamos en la dimensión de tiempo a la velocidad $ c $ .

¿Cómo es eso posible? La única solución es realmente el universo de bloques, donde todas las versiones de nuestro universo existen en la dimensión del tiempo, y nos estamos moviendo a lo largo de la dimensión del tiempo y dándonos cuenta de la versión real de nuestro mundo.

Pero ¿qué hace que todos percibamos el mismo universo al mismo tiempo? ¿Cómo nos movemos todos juntos a lo largo de la dimensión del tiempo? La respuesta es: porque todos nos movemos a la misma velocidad (aprox., volando con la Tierra mientras se mueve en el espacio) en el mismo campo gravitacional. Tan pronto como salimos del campo gravitacional de la Tierra, percibimos el tiempo a una velocidad diferente (entonces las que quedan en la Tierra), ya que nos estaremos moviendo en la dimensión del tiempo a una velocidad diferente porque de GR . Y tan pronto como volamos con una velocidad diferente en el espacio, (en una nave espacial rápida) percibimos el tiempo de manera diferente (que los que quedan en la Tierra) debido a la SR.

Bien, pero ¿cómo podemos movernos en la dimensión del tiempo a diferentes velocidades en primer lugar? Entonces, ¿cómo puede alguien alejarse de la Tierra y regresar al mismo punto en la dimensión temporal que los que quedaron en la Tierra? La respuesta es que si alguien se aleja de la Tierra, entonces sale del campo gravitacional y se mueve a una velocidad diferente a la de la Tierra, entonces esa persona se aleja en las cuatro dimensiones.Para volver al mismo punto en las cuatro dimensiones y encontrarse con los que quedan en la Tierra en el mismo punto en la dimensión del tiempo también, tiene que usar energía extra para compensar la diferencia. De lo contrario, esa persona solo volvería a la Tierra a la misma ubicación espacial, pero nunca al mismo punto en la dimensión temporal que los que quedan en la Tierra (ya que su velocidad en la dimensión temporal es diferente). Veríamos eso como si hubiera envejecido menos (o más).

Entonces, la primera respuesta es correcta porque incluso si algo está estacionario en el espacio, aún podría estar en un campo gravitacional, y eso cambia es la velocidad en la dimensión del tiempo (en comparación con las que están fuera del campo gravitacional).

Este no es mi tema, y no soy un experto aquí en absoluto, pero creo en circunstancias adicionales en un agujero negro , el tiempo incluso podría detenerse (su velocidad en la dimensión temporal es 0) para los que están dentro del agujero negro (desde la vista de un observador lejano) , y puede parecer que están atascados en un punto determinado de la dimensión temporal. Por lo tanto, puede haber un caso especial cuando la velocidad en la dimensión espacial es 0 y también en la dimensión temporal (para un agujero negro sin rotación en la singularidad ). . Para comenzar a moverse nuevamente en la dimensión del tiempo, tendrían que usar energía extra para salir del efecto gravitacional del agujero negro y comenzar a moverse tanto en la dimensión espacial como temporal.

Comentarios

• ¿Puede proporcionar un enlace a la teoría que dice que los gluones no tienen masa? ¿No son ‘ dado ‘ su masa por la interacción del campo de Higgs? Si ‘ me equivoco, ‘ me gustaría saberlo. ¡Gracias!
• @omg ver en.wikipedia.org/wiki/Elementary_particle . El modelo estándar se ajusta a los datos usando la tabla, por lo tanto, por definición, la masa de gluones es cero en el modelo estándar.

Me sacaron de mi pregunta (se percibe como una duplicado de este), así que dejaré una respuesta aquí como foto de despedida. John Rennie menciona que el tiempo fluye en una dirección a razón de un segundo por segundo. Está bien decirlo, pero hay un número infinito de variaciones de esa tasa solo dentro de nuestro Universo.

Incluso para nosotros como individuos, la tasa parece cambiar según el funcionamiento de nuestro cerebro. Nuestros cerebros tienen diferentes engranajes (alfa, beta, gamma, delta [y tal vez más] tipos de ondas) y dependiendo de qué combinación de ellos esté en proceso, el tiempo puede parecer que se mueve más lenta o rápidamente. Cuando estamos realizando múltiples tareas queremos que disminuya la velocidad y cuando estamos aburridos parece que se arrastra.

Pero ya basta de filosofía, aquí estamos hablando de la física del tiempo, que es básicamente la física de algo que no existe. No puedo recordar quién es, alguna celebridad en realidad, pero la persona experimenta un poco de anomalía, una condición «médica» y no tiene una percepción del tiempo como el resto de nosotros (cualquier porcentaje de la raza humana).

Al igual que algunas personas no tienen reflectores del apetito que les indican cuando han comido lo suficiente (la gente ha muerto por esto) la persona que olvido que no puede juzgar el tiempo. Entonces, ¿son disfuncionales o están más en sintonía con la naturaleza que algunos?

No creo que los animales tengan una percepción del tiempo. Creo que perciben los eventos y pueden recordarlos (de manera extraña, los experimentos han demostrado que las aves pueden transmitir «recuerdos» de personas amenazantes específicas a su descendencia y los niños reaccionan en consecuencia a las personas sin conocerlas previamente); sin embargo, solo los humanos tienen una concepción abstracta del tiempo como una «cosa».

De hecho, en Enrique IV de Shakespeare, el protagonista, se burla de un tonto porque se refiere de manera abstracta al tiempo. El tipo de moraleja es que las personas que tienen tiempo para preguntarse sobre el tiempo no logran mucho. Eso fue escrito hace 400 años y ahora (riéndome de mí mismo) estoy haciendo lo mismo. Así que supongo que no lo haré después de esto. pequeña respuesta.

Al escuchar recientemente a Julian Barbour (que ha dado una solución al problema de los tres cuerpos), dice lo mismo. Nos dice que el tiempo, tal como lo vemos, es una especie de remanente de eventos que no coinciden perfectamente. Como si se supone que debes encontrarte con un amigo y este llega al lugar de reunión después de ti, uno podría comenzar a notar el paso. de tiempo. Si se hubieran encontrado simultáneamente, su mente podría haber permanecido completamente comprometida con la vida y el tiempo no habría sido importante.

Para dar un ejemplo similar, un tipo dijo que una vez conoció a Bruce Lee (el artista marcial) en un ascensor y comenzaron a discutir sobre Kung Fu. Llegaron al mismo piso, así que probaron algunos movimientos. La próxima vez que el tipo miró su reloj eran las 7 am. Entró en el ascensor a las 22:35 para que el tiempo desaparezca cuando no lo miramos.