¿Por qué el reloj fotónico es equivalente a todos los relojes?

Question

Puedo entender por qué, si la velocidad de la luz es invariable, un reloj de fotones funcionaría más lentamente. Esta explicación me parece muy útil para introducir la idea de la dilatación del tiempo (también porque permite derivar la fórmula de Lorentz de forma intuitiva, sólo con el Teorema de Pitágoras).

Pero en este enfoque falta un concepto importante. Un estudiante podría decir: "De acuerdo, entiendo por qué el reloj de los fotones es más lento, pero ¿por qué es una propiedad intrínseca del propio tiempo? ¿Por qué no es un efecto de la mecánica de este reloj específico? ¿Cómo es que un reloj de péndulo, un reloj atómico, los ritmos circadianos, un reloj químico, etc... son todos equivalentes al reloj de fotones? ¿Por qué la ralentización del tic-tac del reloj de fotones es una sonda sobre la naturaleza misma de todos los relojes y del tiempo en sí y no sólo una sonda sobre la naturaleza de este reloj en particular (más aún si consideramos que la explicación depende del mecanismo específico de este reloj para funcionar)?

Por ejemplo, algunos estudiantes podrían razonar que un reloj de péndulo se ralentizaría en la superficie lunar, ya que la gravedad es menor y, por tanto, el péndulo tendría un periodo mayor, pero no sacamos inmediatamente la conclusión de que el tiempo en sí se ha ralentizado en la Luna con respecto a la Tierra (de hecho, irónicamente, en la relatividad general es al revés), sino que las características técnicas de este reloj en particular hacen que esto ocurra porque hemos alterado su funcionalidad al modificar el entorno físico en el que opera. Lo mismo podría decirse de un reloj de muelle sumergido en el agua, por ejemplo. Pero si no pensamos que la gravedad de la Luna ralentiza el tiempo con respecto a la de la Tierra sólo porque el reloj de péndulo marque más despacio, o que el agua ralentiza el tiempo sólo porque el reloj de muelle marque más despacio, entonces ¿por qué deberíamos pensar que moverse a una determinada velocidad relativa ralentiza el flujo del tiempo sólo porque el reloj de fotones marque más despacio?

Answer 1

Invocar el principio de relatividad.
Un observador inercial lleva tanto un reloj de luz como un reloj de pulsera mecánico, que coinciden cuando todos están en reposo. Si no coinciden cuando el observador inercial se mueve [con velocidad constante no nula] llevando estos relojes, entonces ese observador puede distinguir estar en reposo de viajar con velocidad constante no nula.

ACTUALIZACIÓN:
P: ¿Qué hace que el reloj de fotones sea especial entre todos los demás relojes?
R: La sencillez.
Es más fácil de formular, analizar e interpretar que otros relojes.
Si el principio de la relatividad se mantiene, debe resultar que uno puede eventualmente analizar cualquier reloj y obtener el mismo resultado que el reloj de luz--probablemente se necesita mucho más análisis e interpretación [del dispositivo, el entorno y las interacciones].

Answer 2

En base a mi comprensión actual del tema el reloj de luz es no una prueba de la dilatación del tiempo, sino simplemente un indicio que apunta a ella. Tienes toda la razón al afirmar que el reloj de luz no es una prueba. De hecho no hay cualquier prueba de la transformación de Lorentz en absoluto. Las transformaciones de Lorentz no se prueban, las transformaciones de Lorentz son postulado . Estas transformaciones son nuestra mejor suposición de cómo funciona el tiempo y el espacio en ausencia de gravedad y aceleración. Seguro que podemos ver que nuestros experimentos, mentales o físicos, coinciden con ellas, pero esto no es una prueba, es un razonamiento por inducción en el mejor de los casos.

Este tipo de experimentos mentales, como el reloj de luz, nos ayudan a adivinar la forma correcta de la transformación, pero no hay forma de probarlos. Este es un tema recurrente en la física.

Answer 3

¿Por qué el reloj fotónico es equivalente a todos los relojes?

Estipular que, en algún marco de referencia inercial, hay un reloj fotónico y un reloj mecánico que son situado en el mismo lugar y en reposo en este marco.

Estipular además que, en este marco, los relojes funcionan a la misma velocidad, es decir, que ambos relojes "marcan simultáneamente .

Ahora, debido a que los dos relojes están ubicados conjuntamente, todo los observadores inerciales en movimiento relativo a los relojes coinciden en que los ticks son simultáneos. Cualquier dilatación del tiempo observada por los observadores inerciales en movimiento relativo afecta a ambos relojes de forma idéntica.

Answer 4

Un reloj mecánico está formado por engranajes y muelles que transfieren las fuerzas a las agujas del reloj a lo largo de complicados recorridos. Pero si se mira realmente cerca, todos esos engranajes y resortes están hechos de protones y electrones, mantenidos juntos por fuerzas electromagnéticas y se empujan unos a otros mediante el intercambio de fotones, al igual que en el modelo simplificado del reloj de fotones.

Answer 5

En mi respuesta aquí En el caso de los relojes fotónicos horizontales, puedes sustituirlos por un reloj atómico, un reloj de péndulo o el reloj que prefieras.