Osa2: Epäselvyys suhteellisuusteorian aika ja etäisyys käsityksissä

[Eusa]

Aha, viittaat viestiini #97. Olet sitä mieltä ettei kontraktio ole todellinen vaan geometrinen havainnollistus?

Kontraktio on kuin puun varjo.

[kuunylinen]

ST:n todellisuuskäsityksestä eri liiketiloissa vielä yksi ajatuskulku aiemmasta asema-juna esimerkistä. Jospa asemamiehen apuri menee radan varteen 864 Mkm kohdalle (johon 0.8c nopeuksinen juna ehtii maan 60 minuutissa). Apuri pysäyttää junan, hyppää kyytiin ja ajaa takaisin asemalle. Tässä ST menee umpikujaan. Junan liiketilassa ei käyty noin pitkällä pituuskontraktion vuoksi. Silti sieltä tuli yksi henkilö kyytiin.

Junailija lähtee tunnin matkalle 0.8c nopeudella ja samalla hyppää eri koordinaatistoon kuin missä asemat on. Junailija huomaa pituuskontraktion koska määräasema on tullut lähemmäksi, mutta samalla kellojen käynti hidastuu joten juna saapuu asemalle normaalia vauhtia, v=s/t, ja ajallaan. Apuri hyppää junaan paluumatkalla tapahtuu samat ilmiöt ja  junapysäköi asemalle kun 2h on kulunut aseman aikaa. Junailijan kello näyttää 72min kulunutta aikaa apurin 36min koska  1-suunta.

Lorentz muunnokset otetaan käyttöön suurilla nopeuksilla ja kun ollaan eri koordinaatistoissa ettei fysiikan lait rikkoutuisi. Lorentz muunnos kuvaa tilanteen.

Kvanttifysikaalinen ominaisvärähtelytaajuus atomitasolla muuuttuu ja tekee ajan ja pituuksien muutoksista todellista.

[velihopea]

Kiitos kuunylinen. Kerrankin selkeä vastaus (tuo #106) siihen mitä kysyin (#91) ja käyttäen niitä termejä, joilla kysyin. Äkkiä ajatellen olen samaa mieltä mitä kirjoitit, paitsi seuraavista eri mieltä tai asia epäselvä.

"...joten juna saapuu asemalle normaalia vauhtia, v=s/t, ja ajallaan":
Siis puhutaan 1-suuntaisen matkan määräasemasta, vai. Entä mitä aikaa on "ajallaan", junan 36 min vai aseman 60 min?

ST:n mukaan aikadilaatio on a-real-thing ja samoin pituuskontraktio on a-real-thing. 0.8c-vauhdilla juna ei pääse maan 60 min:ssa 864 Mkm etäälle, vaan junailijan mielestä vain 518 Mkm. Jos juna pääsi noutamaan apurin, niin pituuskontraktiota ei olekkaan tapahtunut! Osaatko selittää.

"...apurin 36min...":
Eikö pitäisi olla 96 min, koska apurin kellossa oli pohjalla 60 min maan kellon tikitystahtia.

"...Lorentz muunnokset otetaan käyttöön suurilla nopeuksilla...":
Mitä? Tiedätkö jonkun rajanopeuden? Eikö Lorentz muunnos ole voimassa vaikka 1 km/h:ssa; nykymittalaitteet (kellot) ei vaan pysty niin tarkkaan havaitsemiseen.

"...Kvanttifysikaalinen ominaisvärähtelytaajuus atomitasolla muuuttuu ja tekee ajan ja pituuksien muutoksista todellista":
ST ei ymmärtääkseni ajattele tässä syy-seuraus järjestyksessä. Vaan se ajattelee, että aika hidastuu, josta seuraa, että kellot käyvät ihan normaalisti ja kai atomitkin värähtelevät normaalisti, mutta kun "ne kokevat hidastunutta aikaa", niidenkin toiminta hidastuu. Pituuden muutoksen (lyhentyminen) ymmärrän olevan seuraus käsityksestä, että aika hidastuu.

[mistral]

Kvanttifysikaalinen ominaisvärähtelytaajuus atomitasolla muuuttuu ja tekee ajan ja pituuksien muutoksista todellista.

Sehän se on erikoista kun kaikissa koordinaatistoissa on tavalliset luonnonlait, siksi atomitasolla ei tapahdu muutoksia. Muuttujan täytyy olla aika-avaruus, se on kuin linssi.

[mistral]

ST:n todellisuuskäsityksestä eri liiketiloissa vielä yksi ajatuskulku aiemmasta asema-juna esimerkistä. Jospa asemamiehen apuri menee radan varteen 864 Mkm kohdalle (johon 0.8c nopeuksinen juna ehtii maan 60 minuutissa). Apuri pysäyttää junan, hyppää kyytiin ja ajaa takaisin asemalle. Tässä ST menee umpikujaan. Junan liiketilassa ei käyty noin pitkällä pituuskontraktion vuoksi. Silti sieltä tuli yksi henkilö kyytiin.

Pituuskontraktio tarkoittaa sitä että Helsinki-Lahti väli lyhenisi 60km:in (100km on normaali). Oletetaan että Mäntsälä on puolivälissä ---> 60/2=30km. "Apuri pysäyttää junan, hyppää kyytiin ja ajaa takaisin asemalle". Ilmeisesti aika-avaruudessa matka oli sen 30km ja juna matkusti sen kautta lyhyempää reittiä kuin tavallinen juna joka menee jonkun 100-150km/t. Eli aika-avaruuden matka Hki-Mäntsälä on sen 30km.

[kuunylinen]

Kun em. junaan laitetaan valokello niin kauempaa katsottuna fotoni pomppii hitaasti koska kulkee pidemmän matkan. Asemalla kun lasketaan pomput niin niitä on vähemmän kuin pitäisi nopeudella c. Mutta junailijalla on Leijona (17 jewels), rautaa ja rattaita, mistä se tietää hidastua? Koska hidastuminen tapahtuu atomitasolla, elektronien täytyy rypeä samanlaisessa tilanteessa kuin valokellon fotonin, kulkea pidemmän matkan (tai jotain muuta). Atomin ominaisuudet, värähtelytaajuus  muuttuu. Näitä samoja atomeja me ihmiset ollaan täynnä päästä varpaisiin.

Kaukainen havaitsija voi tuntea että kuunylisellä käy hitaalla (joskus itsellänikin), mutta saattaa olla päinvastoinkin. Se on suhteellista. Tähän ei Lorentz auta.

[mistral]

Kun em. junaan laitetaan valokello niin kauempaa katsottuna fotoni pomppii hitaasti koska kulkee pidemmän matkan. Asemalla kun lasketaan pomput niin niitä on vähemmän kuin pitäisi nopeudella c. Mutta junailijalla on Leijona (17 jewels), rautaa ja rattaita, mistä se tietää hidastua? Koska hidastuminen tapahtuu atomitasolla, elektronien täytyy rypeä samanlaisessa tilanteessa kuin valokellon fotonin, kulkea pidemmän matkan (tai jotain muuta). Atomin ominaisuudet, värähtelytaajuus  muuttuu. Näitä samoja atomeja me ihmiset ollaan täynnä päästä varpaisiin.

Kaukainen havaitsija voi tuntea että kuunylisellä käy hitaalla (joskus itsellänikin), mutta saattaa olla päinvastoinkin. Se on suhteellista. Tähän ei Lorentz auta.

Daf oli variaattoriauto. Jos oletetaan että sen kaasu juuttui 3000 kierrokseen minuutissa niin sillä saattoi ajaa missä vaan 0-100km/t. Luonnossa on sama piirre, ajankulu on sama kaikkialla. Kun mysteeriä lähdetään selvittämään, jäljelle jää vain aika-avaruus jota Einstein nimitti nilviäiseksi. Nilviäinen muuttaa muotoaan helposti. Eri asia on sitten hahmottaa aika-avaruus, itse en ymmärrä miten sama aika-avaruus voi antaa ristiriitaisen muunnoksen vaikkapa junaesimerkissä.

[kuunylinen]

Sehän se on erikoista kun kaikissa koordinaatistoissa on tavalliset luonnonlait, siksi atomitasolla ei tapahdu muutoksia. Muuttujan täytyy olla aika-avaruus, se on kuin linssi.

Mutta miten kello sitten voi olla eri ajassa kun se palaa matkalta lähtökoordinaatistoon?
Hafele–Keatingin koe (1971): Atomikellot lentokoneessa hidastuvat suhteessa maassa oleviin.

[mistral]

Mutta miten kello sitten voi olla eri ajassa kun se palaa matkalta lähtökoordinaatistoon?
Hafele–Keatingin koe (1971): Atomikellot lentokoneessa hidastuvat suhteessa maassa oleviin.

Googlehaulla aukesi tällainen:
 
As a direct result of the Hafele-Keating experiment, clocks traveling east were 59 ± 10 ns (nanoseconds) slower than the reference clock, and clocks traveling west were 273 ± 7 ns faster than the reference clock.

Olettaisin että pyörimisen suunta vaikuttaa. Tuloksesta voi ajatella että luonnossa on absoluuttinen nollapyörimistila. Tarkoitan että vaikka kaukaista universumia katsotaan jollain Webbillä, ihminen ei tiedä pyöriikö kaukainen kohde ja mihin suuntaan, mutta luonnolla on "sisäinen kompassi" joka tietää. Jos näin on, niin olisiko Hafele-Keating tulos siksi noin yllättävä? Ainakin itse yllätyin koska suhteellisuusperiaate asettaa kaikki koordinaatistot normaalitilaan mutta H-K tulos ei mene suhteellisuusperiaatteen mukaan.

[velihopea]

Kvanttifysikaalinen ominaisvärähtelytaajuus atomitasolla muuuttuu ja tekee ajan ja pituuksien muutoksista todellista.

Sehän se on erikoista kun kaikissa koordinaatistoissa on tavalliset luonnonlait, siksi atomitasolla ei tapahdu muutoksia. Muuttujan täytyy olla aika-avaruus, se on kuin linssi.

Se että luonnonlait hyväksytään "samoin määrääviksi" eri liiketiloissa, ei minusta implikoi, että atomit käyttäytyisivät samoin eri muuttuneissa liiketiloissa. Koska on kokein havaittu, että massakapaleen liikkuminen hitaammin/nopeammin ja/tai sen oleminen lähempänä/kauempana suurta massaa aiheuttaa muutoksia atomin käyttäytymiseen. Se muutos ilmenee ainakin atomin ominaisvärähtelytaajuuden muutoksena.

Cesium-133-pohjainen atomikello on laite, joka laskee cesium-133:n ainemötikän emittoimia säteilyjaksoja (aaltoja) ja kun on saanut 9 192 631 770 kpl laskettua, kello on mitannut 1 sek aikaa. Atomikello on alussa säädetty, "laitettu aikaan", normiolosuhteissa. Kun tuo kello on eri liike/gravitaatiotiloissa, se hidastaa tai edistää riippuen millä intensiteetillä tuo aine säteilee.

Seuraava kysymys on, mikä on se luonnonlaki tai fysikaalinen selitys miksi atomien värähtelytaajuus muuttuu liikkeessä ja gravitaatiossa. ST:n selitys ymmärtääkseni on: "syy on, että atomit(kin) kokevat erilaista aikaa". Täällä joskus mainittu Dynaaminen Universumi (DU) mallintaa asioita toisella tavalla ja löytää fysikaalisen syyn kvanttimekaniikan puolelta.

[velihopea]

Kun em. junaan laitetaan valokello niin kauempaa katsottuna fotoni pomppii hitaasti koska kulkee pidemmän matkan. Asemalla kun lasketaan pomput niin niitä on vähemmän kuin pitäisi nopeudella c. Mutta junailijalla on Leijona (17 jewels), rautaa ja rattaita, mistä se tietää hidastua? Koska hidastuminen tapahtuu atomitasolla, elektronien täytyy rypeä samanlaisessa tilanteessa kuin valokellon fotonin, kulkea pidemmän matkan (tai jotain muuta). Atomin ominaisuudet, värähtelytaajuus  muuttuu. Näitä samoja atomeja me ihmiset ollaan täynnä päästä varpaisiin.

Siis valokello laitettiin junaan poikittain. Pitkittäin olisi eri juttu, en jaksa nyt miettiä miten. Kuitenkin se pomppiva fotoni joutui kulkemaan paljon pidemmän diagonaalimatkan vaikka kuinka junan sisällä se näytti menevän vain suoraan ylös alas. Eli ST on "observation-based", jossa kaikki ei ole ihan sitä miltä näyttää! Kyllä, olen samaa mieltä: jos juna tekisi ees-takaisen matkan 0.8c vauhdilla, junan valokellossa on vähemmäm pomppuja kuin asemalla paikallaan olleessa valokellossa. Mutta edustaako pomppujen lukumäärien suhde kellojen (ST sanoisi ajan) hidastumista eli Lorentz-kerrointa, en jaksa nyt funtsia/laskea.

Toinen pointti: fotoni on massaton ötökkä, se ei ole atomi, ei mikään massahiukkanen, ei edes myoni. Edellä puhutiin liikkeen ja gravitaatioposition vaikutuksesta aineen atomitason toimintaan. Fotonilla ei ole atomitason toimintaa. Fotoneja on kuitenkin eri värisiä, eli eri värähtelytaajuuden omaavia, eli eri paljon energiaa sisältäviä. Ja voimakas gravitaatio vetää fotonia puoleensa. Tarvittaisiin ehkä Richard Feynman kertomaan lisää.

Tuosta "...samoja atomeja me ihmiset ollaan..:": Kyllä. Esimerkiksi ihmisen hiukset toimivat hyvin kellona! Aina kun hiukset ovat kasvaneet pohjaltaan atomitason toiminnan vuoksi korvan päälle, on aika mennä parturiin. Kaksoisparadoksin avaruussisko pysyi nuorempana, koska liikkeestä johtuen hänen atominsa eivät hyrränneet niin vilkkaasti.

[velihopea]

Mutta miten kello sitten voi olla eri ajassa kun se palaa matkalta lähtökoordinaatistoon?
Hafele–Keatingin koe (1971): Atomikellot lentokoneessa hidastuvat suhteessa maassa oleviin.

mistral jo googlasikin, että H-K kokeen kellojen lennätys itäkautta vs. länsikautta toivat erilaisen kello-eron lentoaseman kelloon. Se johtuu että lentoasema pyöri maan mukana. Lanseerattiin ECI-raami (Earth Centered Inertial frame), jossa maan pyöriminen on filtteröity pois. AI tiesi: ECI:n keskipiste on maan keskipisteessä ja akselit on suunnattu kiinteiden tähtien avulla. ECI:ä käytetään avaruuslentodynamiikassa, satellittien paikannus, teleskooppien suuntaus, GNSS (GPS ja vastaavat), maanpäällisten antennien suuntaus.

Lentokoneen nopeus hidasti sen kelloa, lentokoneen oleminen korkeammalla nopeutti sen kelloa. Yhteisvaikutus oli muistaakseni pieni lennätetyn kellon hidastuminen.

[mistral]

Sehän se on erikoista kun kaikissa koordinaatistoissa on tavalliset luonnonlait, siksi atomitasolla ei tapahdu muutoksia. Muuttujan täytyy olla aika-avaruus, se on kuin linssi.

Se että luonnonlait hyväksytään "samoin määrääviksi" eri liiketiloissa, ei minusta implikoi, että atomit käyttäytyisivät samoin eri muuttuneissa liiketiloissa. Koska on kokein havaittu, että massakapaleen liikkuminen hitaammin/nopeammin ja/tai sen oleminen lähempänä/kauempana suurta massaa aiheuttaa muutoksia atomin käyttäytymiseen. Se muutos ilmenee ainakin atomin ominaisvärähtelytaajuuden muutoksena.

Cesium-133-pohjainen atomikello on laite, joka laskee cesium-133:n ainemötikän emittoimia säteilyjaksoja (aaltoja) ja kun on saanut 9 192 631 770 kpl laskettua, kello on mitannut 1 sek aikaa. Atomikello on alussa säädetty, "laitettu aikaan", normiolosuhteissa. Kun tuo kello on eri liike/gravitaatiotiloissa, se hidastaa tai edistää riippuen millä intensiteetillä tuo aine säteilee.

Seuraava kysymys on, mikä on se luonnonlaki tai fysikaalinen selitys miksi atomien värähtelytaajuus muuttuu liikkeessä ja gravitaatiossa. ST:n selitys ymmärtääkseni on: "syy on, että atomit(kin) kokevat erilaista aikaa". Täällä joskus mainittu Dynaaminen Universumi (DU) mallintaa asioita toisella tavalla ja löytää fysikaalisen syyn kvanttimekaniikan puolelta.

DU:ssa muutos tulee valon nopeuden muuttumisesta ja suhteellisuusteoriassa aika-avaruuden muuttumisesta. Suhteellisuus nimenomaan postuloi luonnonlait muuttumattomiksi. Cesium-kellon käynti siis ei muutu vaan avaruuden pituus ja gravitaatiossa aallonpituus(mutta en ymmärrä kuinka se toimii). Geologiassa tarkoilla kelloilla erottaa raskaammat maalajit.

[velihopea]

DU:ssa muutos tulee valon nopeuden muuttumisesta ja suhteellisuusteoriassa aika-avaruuden muuttumisesta. Suhteellisuus nimenomaan postuloi luonnonlait muuttumattomiksi. Cesium-kellon käynti siis ei muutu vaan avaruuden pituus ja gravitaatiossa aallonpituus(mutta en ymmärrä kuinka se toimii). Geologiassa tarkoilla kelloilla erottaa raskaammat maalajit.

Korjaus mistralin tietoon: DU:ssä aineen atomitason värähtelyintensiteetin muutos selittyy gravitaation yhteydessä valon nopeuden pienenemisellä. Niinhän Einsteinikin kirjoitti 1911 "...Valon nopeus painovoimakentässä on paikan funktio" (ref #27). Liikkeen vaikutus selittyy DU:ssa toisella tavalla.

Tuo tarkan kellon käyttö geologiassa käy hyvin järkeen. Tarkka kello käy eri tahtiin penkillä tai pöydällä. Silmällä katsoen niiden olosuhteissa on kuitenkin vaikea huomata erilaista aikaa.

[mistral]

Korjaus mistralin tietoon: DU:ssä aineen atomitason värähtelyintensiteetin muutos selittyy gravitaation yhteydessä valon nopeuden pienenemisellä. Niinhän Einsteinikin kirjoitti 1911 "...Valon nopeus painovoimakentässä on paikan funktio" (ref #27). Liikkeen vaikutus selittyy DU:ssa toisella tavalla.

DU:ssa Cesium-kello hidastuu siksi kun valon nopeus on hitaampi universumin keskustassa, siis gravitaatiossa avaruus kaareutuu kohti keskustaa missä laajeneminen on hitaampaa ja seurauksena tästä valokin on hitaampaa. Syyseurausketju jatkuu eteenpäin niin että kaava joka määrää cesiumin värähtelytaajuuden, sisältää c termin ja kun c pienenee cesium värähtelee hitaammin mikä tuottaa hitaamman ajan arvon. Ja DU ei tue ajan hidastumista vaan kellon hidastumista. Eli aika ei DU:n mukaan hidastu gravitaatiokaivossa vaan ainoasta atomikello hidastuu mikä on eri asia.
 Einsteinin Shapiro-viive ei ole ajan hidastumisen syy vaan seuraus. Syy lienee aallonpituuden kasvussa kun aalto nousee kaivosta. Mutta kuten sanottu, en ymmärrä kuinka se vaikuttaisi ajankulkuun.