Stel je hebt een kamer in rust, met 4-dimensionale afmetingen. Hoe bereken je de hyperinhoud van deze kamer (als we van secondes meters maken)?
Is dit een inleiding tot iets? Zo ja, dan is het misschien een goed idee als je het meteen helemaal uitwerkt zodat we hier niet in raadselen zitten waar je naar toe wilt.
Laat ik afstanden in lichtseconden (s) uitdrukken...
Een kamer
in rust met de volgende afmetingen:
1 lichtseconde x 1 lichtseconde x 1 lichtseconde x 1 seconde.
Heeft een hyperinhoud (H) van:
H = xyzt = 1*1*1*1 = 1 s^4.
Deze inhoud blijft altijd het zelfde, ook als de kamer gaat bewegen.
Ik kan de hyperinhoud ook nog op een andere (betere) manier berekenen. Let op: Ik doe dan net of tijd een ruimtedimensie is.
Ik ga even alleen kijken naar de lengte van de kamer
in rust. Op tijdstip t = 0 gaat er een lichtpuls van links naar recht, en omgekeerd door de kamer over de lengte (x-as). Dit duurt 1 seconde, en de lichtpulsen leggen in die tijd 1 lichtseconde af. 4-dimensionaal gezien is dat een lengte (p) van...
Pythagoras:
p = (x^2 + t^2)^0,5
p = (1^2 + 1^2)^0,5
p = 2^0,5
Voor de andere lichtpuls is het lengte q. Voor de kamer in rust is het p = q. De hyperinhoud kan ik nu ook zo berekenen:
H = 0,5pqyz = 0,5*2^0,5*2^0,5*1*1 = 1 s^4.
De zelfde uitkomst als bij manier 1 dus. waarom zo omslachtig vraag je je af. Omdat de kamer kan gaan bewegen, en dat kan maar over 1 as als je begrijpt wat ik bedoel (daarvoor neem ik de x-as volgens manier 2).
Volgens een waarnemer in rust zullen bij de bewegende kamer de t en x-as niet meer 90° op elkaar staan, daarom is manier 1 ongeschikt. Manier 2 is wel geschikt omdat de lijnen p en q altijd loodrecht op elkaar staan (4-d gezien), dit komt omdat de lichtsnelheid constant is.
Voorbeeld:
De kamer beweegt met een bepaalde snelheid over de x-as in de richting van de lichtpuls die weg q aflegt. Laten we zeggen dat q = 2*2^0,5. Dus 2 keer zo groot als bij de kamer in rust. Wat wil dat nu zeggen? Dat wil zeggen dat de lichtpuls die weg q door de ruimtetijd beschrijft er volgens de waarnemer in rust 2 keer zo lang over doet om de overkant van de kamer te bereiken. Hoe lang doet de andere puls er over?
H = 0,5pqyz = 0,5*p*(2*2^0,5)*1*1
p = 0,5*2^0,5
De andere puls doet er dus 2 keer zo kort over.
1) Maar welke snelheid heeft de kamer nou?
2) Hoe lang duurt 1 seconde in de kamer volgens de waarnemer in rust?
3) Welke afstand legt de kamer af in die tijd?
2)
t*gamma =
(0,5p + 0,5q)/2^0,5
(0,5*0,5*2^0,5 + 0,5*2*2^0,5)/2^0,5 = 1,25 s
3)
delta x (over een tijd t*gamma) =
(0,5q - 0,5p)/2^0,5
(0,5*2*2^0,5 - 0,5*0,5*2^0,5)/2^0,5 = 0,75 s (lichtseconde).
1)
v = (delta x (over een tijd t*gamma))/(t*gamma) = 0,6 maal lichtsnelheid.
Snelheden kun je uitrekenen:
v = (q + p)/(q - p)
En daarbij geldt:
H = 0,5pqyz =
constant.
Al wat ik hierboven nu zeg is in feiten op een andere manier naar de SRT kijken. Het verschil is dat ik uitga van een hyperinhoud
die constant blijft.
En nu komt het...
hyperinhoud kan niet negatief zijn. Net zoals 3-dimensionale inhouden niet negatief kunnen zijn.
H >= 0.
0,5pqyz >= 0.
oftewel:
pq >= 0
Combineren we dit met:
v = (q + p)/(q - p)
...
dan zie je dat snelheden groter dan v = 1 niet mogelijk zijn. Hierbij is v een factor is van c.