¿Por qué los observadores/cuadros de referencia pueden verse a sí mismos moviéndose en el tiempo pero no en el espacio?

Question

Todos los observadores son estacionarios en sus propios marcos de referencia.

Es decir, sus coordenadas espaciales son constantes en todo momento (en su marco).

Sin embargo, pueden verse a sí mismos moviéndose a través del tiempo.

¿Cuál es la diferencia fundamental entre los ejes espacial y temporal que permite este peculiar comportamiento?

Answer 1

Las partículas tienen un tiempo propio, envejecen, y éste es un proceso intrínseco de la partícula.

Así, si estás encerrado en un barco sin ventanas, no sabrás por dónde te mueves, pero sabrás que (tu tiempo) pasa y que estás envejeciendo.

El tiempo y el espacio son cosas distintas, su similitud se limita a la simetría de Lorentz.

Answer 2

Básicamente estás preguntando por qué no puedes ver que dejas de moverte en el tiempo. Para responder a eso, tenemos que distinguir entre el tiempo y el flujo del tiempo.

Para distinguir entre sucesos que ocurren en el mismo punto del espacio pero en momentos distintos, necesitamos especificar cuándo y dónde ha ocurrido un suceso, por lo que añadimos una coordenada temporal t. De este modo, los sucesos pueden localizarse unívocamente por sus coordenadas espaciotemporales (t,x,y,z). Para un físico, el tiempo no es más que una coordenada utilizada para especificar sucesos en el espaciotiempo. Por tanto, las coordenadas espaciales dependen del observador. Sin embargo, el tiempo es absoluto. Suponiendo que ambos utilicemos la hora del meridiano de Greenwich (o algún otro estándar similar), siempre estaremos de acuerdo en la hora, independientemente de dónde nos encontremos en la Tierra o de cómo nos movamos uno respecto al otro. En la mecánica newtoniana, el tiempo es especial por esta razón, por lo que tiene sentido considerarlo por separado del espacio. La cuestión es que en la relatividad el tiempo no está definido de forma única. Cuando consideramos las coordenadas utilizadas por diferentes observadores nos encontramos con que el tiempo y el espacio se mezclan entre sí. El tiempo ya no es distinto del espacio, y por eso los físicos lo tratan como una más de las cuatro coordenadas que forman el espaciotiempo cuatridimensional.

https://physics.stackexchange.com/a/235512/132371

Ahora bien, ¿por qué fluye el tiempo (en el sentido cotidiano)? La respuesta es la entropía. La entropía es una propiedad extensiva de un sistema termodinámico. Está relacionada con los microestados que puede tener un sistema macroscópico, y es coherente con las cantidades macroscópicas que puede tener un sistema. La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema aislado nunca disminuye con el tiempo. Los sistemas aislados evolucionan espontáneamente hacia el equilibrio termodinámico, la entropía máxima.

https://en.wikipedia.org/wiki/Entropy

Nuestra definición científica del tiempo utiliza el concepto de entropía para codificar el cambio en el espacio. En la relatividad especial y la relatividad general, el tiempo se define como una cuarta coordenada a la par que las tres direcciones espaciales, con una extensión a los números imaginarios para las transformaciones matemáticas implicadas. El éxito de la descripción de la naturaleza, en particular por la relatividad especial, confirma la utilización del tiempo como una coordenada a la par de las coordenadas espaciales. Es la flecha del tiempo lo que lo distingue en su comportamiento de las demás coordenadas en lo que respecta a la descripción teórica de la naturaleza.

https://physics.stackexchange.com/a/32074/132371

Ahora bien, básicamente en nuestro propio marco de referencia, no podemos detener el flujo del tiempo, porque tenemos masa en reposo. No tiene sentido decir cosas como qué veríamos desde el marco de referencia de un fotón (sin masa). Porque las partículas sin masa no tienen marco de referencia. A veces se oyen frases como los fotones no experimentan el tiempo o los fotones ven el tiempo detenido. En realidad, los fotones no tienen un tiempo propio. Y esto tiene que ver con que no tienen masa. Mientras te encuentres en un marco de referencia de un objeto que sí tiene masa en reposo, no puedes detener el flujo del tiempo.

¿Cómo definir el tiempo propio de un fotón?

Así que básicamente las partículas sin masa son las únicas que no tienen un tiempo propio, pero como tu pregunta es sobre objetos (no lo especificas, pero supongo que con masa en reposo), no puedes detener el flujo del tiempo en tu marco. Para hacerlo (para experimentar el tiempo de forma diferente) tendrías que perder masa en reposo.

Básicamente estás preguntando qué diferencia la dimensión temporal de las espaciales, y la respuesta es la flecha del tiempo.

Answer 3

Cuando vas a una ferretería, quieres llevar tu regla contigo. Dejarla en casa no es útil. Nos movemos en el tiempo y queremos llevar nuestros sistemas de coordenadas con nosotros en lugar de dejarlos atrás en la niebla del tiempo, donde no podríamos utilizarlos.

Se puede construir fácilmente un marco de coordenadas que no se mueva en el tiempo. Llamémoslo "marco de coordenadas" en lugar de "marco de referencia", porque "marco de referencia" suele significar "coordenadas de un observador físico que se mueve en el tiempo". Un marco de coordenadas que no se moviera en el tiempo sólo existiría durante un instante. Por ejemplo, hay que medir la longitud de un objeto flexible en un momento determinado.

Coloca una regla en el objeto y un reloj a cada lado del objeto. Sincroniza los relojes de antemano. Cuando ambos relojes marcan la misma hora, se realizan dos mediciones con la regla en los dos lados del objeto. La diferencia entre las mediciones representa la longitud del objeto en el momento exacto de la medición (siempre que los extremos del objeto no se muevan a una velocidad relativista).

La medición que acabamos de realizar se hizo en un marco de coordenadas que sólo existía en el instante de la medición. La coordenada temporal era la misma en todas partes, pero la coordenada espacial era variable. Por tanto, hemos construido un marco de coordenadas que no se mueve en el tiempo.

Aunque estos marcos son posibles y a veces pueden utilizarse para medir intervalos espaciales los marcos de referencia que se mueven con nosotros en el tiempo son más convenientes en mecánica, relatividad y cosmología para medir intervalos de tiempo o momento oportuno de objetos físicos.