eigenschappen van de grootheid 'tijd'
NooT stelde deze vraag op 28 augustus 2016 om 18:54.Is de grootheid 'tijd' een scalar of een vector?
Toelichting: tijd wordt in de SRT als één van de vier componenten van de ruimtetijd-viervector 'gebruikt' (om dimensionele redenen als c.t naast x, y en z), terwijl het klassiek een scalar is.
Daarnaast verwonder ik mij elke keer weer, als in stukken over de SRT formuleringen worden gebruikt als 'de tijd gaat langzamer bij hoge snelheid' en soortgelijke. Zoals ik de SRT zie, is het zo dat er bijvoorbeeld ten opzichte van een waarnemer op aarde minder tijdsverschil in een snelle raket is, dan bij hemzelf. Maar die tijd gaat niet langzamer, er is gewoon minder van. De klokken in die raket lopen ook niet langzamer; het tijdsverschil op die klokken komt omdat er letterlijk minder tijdsverschil is, terwijl de klokken natuurlijk gewoon net zo snel lopen als bij de waarnemer op aarde, namelijk één rondje per uur (grote wijzer) of per twaalf uur (kleine wijzer).
Mijn vraag kan misschien beter luiden: heeft de grootheid 'tijd' een snelheid?
In de populaire artikelen over de SRT lijkt dat wel zo te zijn, volgens mij is het pertinent niet zo.
Reacties
De lichtsnelheid heeft dan een wereldlijn die onder 45 graden van de w (=ct) en x-as staat. We kunnen wel eenheidsvectoren definieren, zoals i,j,k die precies lengte-eenheid 1 hebben langs de x,y en z-as. Zo kun je ook nog een m eenheidsvector (l is zo verwarrend: een i, een L, wat?) definieren langs de w-as. Dan heeft snelheid x tijd (ct) wel een vector-eigenschap (richting langs w-as).
"tijd gaat langzamer" is een voor velen verwarrend verhaal waarbij gekeken wordt in verschillende stelsels die met verschillende snelheden t.o.v. elkaar bewegen. De "eigen tijd" (in een stelsel waar de klok op 1 positie blijft staan) wordt door iemand in zo'n stelsel zo gemeten.
Een persoon die in een ander stelsel zit, ziet die klok bewegen want het stelsel waarin het "staat" beweegt. Voor die persoon lijkt de bewegende klok langzamer de tijd aan te geven.
Beide waarnemers zijn het over alles oneens, behalve de lichtsnelheid.
De een ziet de klok bij de ander langzamer lopen, maar de ander ziet bij de een de afstanden korter. Die kortere afstand samen met de minder verlopen tijd (langzame klok) geeft wel een goed antwoord voor snelheid = afstand/tijd tov stelsels. Beide waarnemers meten hetzelfde want de posities zijn uitwisselbaar: ook de ander meet (bij de een) een langzame klok en een kortere afstand.
Tijd heeft geen wisselende snelheid: ieder die zijn eigen klok waarneemt ziet deze met vaste tred wijzigen (24 uur/dag). Het is andermans klok die niet "deugt", maar beide partijen verschillen daarover van mening (relatief).
De SRT stelt dat tijd (of ct) net zomin absoluut is als de 3 ruimte dimensies.
Bij Newton was dat wel zo. Je kon op een trein zitten en de (x,y,z) coordinaten van een voorwerp buiten de trein wijzigen steeds met de tijd vanwege de treinsnelheid en de ermee veranderende stelsel-oorsprong (0,0,0). Einstein beweert dat, als de lichtsnelheid voor iedereen gelijk moet zijn, ongeacht stelsel, de tijd niet langer absoluut kan zijn maar net zo varieert als de (x,y,z) coordinaten. Er gelden dan ook de Lorentz transformaties ipv de Galilei transformaties (absolute tijd).
Tijd heeft geen snelheid, maar tijdsmetingen van een gebeurtenis zoals een knal (op posities (x1,y1,z1, ct1) in het ene stelsel en (x2,y2,z2,ct2) in een ander stelsel dat met snelheid v beweegt, zijn in elkaar om te rekenen via de Lorentz transformaties, waarbij v een van de constanten in de transformatie is.
Wat mij wél prikkelde is je begin:
"Tijd heeft, vanwege onze wens tot causaliteit, wel de beperking alleen toe te kunnen nemen (verleden -> heden -> toekomst)."
Toe te kunnen nemen als functie van wat? Van de tijd? Maar dan is dit toch een triviale uitspraak, elke grootheid neemt toe als functie van zichzelf, dat is gewoon een lijn y=x. Zoals ik het zie, is dit dezelfde denkfout als die met 'de snelheid van tijd': als je tijd gaat afmeten aan tijd krijg je óf hele rare (foutieve) conclusies óf hele triviale.
Dus vanaf het heden kan tijd alleen toenemen (herinneringen kunnen achteruit) , met vast tempo voor elk stelsel (en tussen stelsels is men het niet eens) als een gebeurtenis "nu" iets in de toekomst wil beïnvloeden.
Overigens is causaliteit natuurlijk wel een belangrijk fysisch principe; het zegt (zoals jij hierboven ook ongeveer zegt), dat een gebeurtenis alleen maar oorzaak kan zijn van een andere gebeurtenis, als die andere gebeurtenis op een later tijdstip plaatsvindt dan de oorzakelijke. Maar dat geeft geen speciale eigenschappen aan de grootheid 'tijd'; wel zal de variabele 'tijd' niet kunnen ontbreken in fysische wetten die causaliteit beschrijven, of fysische wetten die door causaliteit worden beheerst (en dat zijn er veel).
Overigens is gelijktijdigheid of "toekomst" bepaald door het stelsel waarin je meet want de t=tijdstip lijn is voor elk stelsel anders. Wat voor mij gelijktijdig is kan voor een bewegend stelsel deels in de toekomst of verleden liggen.
Dat heb ik toch gedaan? Mijn stelling is, dat tijd een gewone scalaire grootheid is zoals temperatuur of energie. Geen richting, alleen een waarde. Maar ik vrees dat dit een herhaling van zetten wordt.
Houd duidelijk het verschil in de gaten tussen de richting van een vector (grootte + richting, beide kunnen veranderen) en de grootte van een scalar (die kan ook veranderen al is er geen richting).