Ce genre de question a une longue et honorable histoire. En tant que jeune étudiant, Einstein a essayé d'imaginer à quoi ressemblerait une onde électromagnétique du point de vue d'un motocycliste chevauchant. Mais nous savons maintenant, grâce à Einstein lui-même, que cela n'a vraiment pas de sens de parler de tels observateurs.

L'argument le plus simple est basé sur l'idée positiviste que les concepts ne signifient quelque chose que si vous pouvez définir comment les mesurer opérationnellement. Si nous acceptons cette position philosophique (qui n'est en aucun cas compatible avec tous les concepts dont nous discutons jamais en physique), nous devons être capables de réaliser physiquement ce cadre en termes d'observateur et d'appareils de mesure. Mais on ne peut pas. Il faudrait une quantité infinie d'énergie pour accélérer Einstein et sa moto à la vitesse de la lumière.

Puisque les arguments du positivisme peuvent souvent tuer des concepts parfaitement intéressants et raisonnables, nous pourrions nous demander s'il y a d'autres raisons non pour autoriser de tels cadres. Il y a. L'une des idées géométriques les plus élémentaires est l'intersection. En relativité, nous nous attendons à ce que même si différents observateurs ne sont pas d'accord sur beaucoup de choses, ils sont d'accord sur les intersections des lignes du monde. Soit les particules sont entrées en collision, soit elles ne l'ont pas fait. La flèche a touché la cible ou non. Ainsi, bien que la relativité générale soit beaucoup plus permissive que la mécanique newtonienne sur les changements de coordonnées, il y a une restriction selon laquelle elles devraient être des fonctions lisses et un-à-un. S'il y avait quelque chose comme une transformation de Lorentz pour v = c, ce ne serait pas un-à-un, donc ce ne serait pas mathématiquement compatible avec la structure de la relativité. (Un moyen facile de voir que cela ne peut pas être un à un est que la contraction de la longueur réduirait une distance finie en un point.)

Et si un système de particules sans masse en interaction était conscient et pouvait faire des observations? L'argument donné dans le paragraphe précédent prouve que ce n'est pas possible, mais soyons plus explicites. Il y a deux possibilités. La vitesse V du centre de masse du système se déplace en c ou non. Si V = c, alors toutes les particules se déplacent le long de lignes parallèles, et par conséquent elles n'interagissent pas, ne peuvent pas effectuer de calculs et ne peuvent pas être conscientes. (Ceci est également cohérent avec le fait que le temps propre s d'une particule se déplaçant en c est constant, ds = 0.) Si V est inférieur à c, alors le cadre de référence de l'observateur ne bouge pas en c. Dans tous les cas, nous n'obtenons pas d'observateur en mouvement en c.

Vous ne pouvez pas voyager à la vitesse de la lumière. C'est donc une question dénuée de sens.

La raison pour laquelle certaines personnes diront que le temps se fige à la vitesse de la lumière est qu'il est possible de prendre deux points sur n'importe quel chemin traversant l'espace-temps à une vitesse inférieure à la vitesse de la lumière et de calculer la quantité de temps qu'une particule connaîtrait lorsqu'elle se déplace entre ces points le long de ce chemin. Le calcul est

$$ \ Delta \ tau ^ 2 = \ Delta t ^ 2 - \ frac {1} {c ^ 2} (\ Delta x ^ 2 + \ Delta y ^ 2 + \ Delta z ^ 2) $$

où $ \ Delta \ tau $ est le temps vécu par la particule en déplacement, et les autres $ \ Delta $ sont les différences de coordonnées spatiales et temporelles entre les deux points mesurés par un observateur externe. Si vous prenez ce même calcul et que vous l'appliquez aveuglément à un chemin qui est à la vitesse de la lumière, vous obtenez $ \ Delta \ tau = 0 $.

Oui, je suis d'accord avec David. Si, d'une manière ou d'une autre, vous aviez pu voyager à la vitesse de la lumière, il semblerait que «votre temps» n'aurait pas progressé par rapport à votre temps de référence une fois que vous êtes revenu à des vitesses «normales». Cela peut être modélisé par l'équation de dilatation du temps de Lorentz:

$$ T = \ frac {T_0} {\ sqrt {1 - (v ^ 2 / c ^ 2)}} $$

En voyageant à la vitesse de la lumière ($ v = c $), à gauche sous le radical vous auriez 0. Cette réponse serait indéfinie ou infinie si vous voulez (allons-y avec l'infini). Le temps de référence ($ T_0 $) divisé par zéro serait l'infini; par conséquent, vous pouvez déduire que le temps est «figé» pour un objet voyageant à la vitesse de la lumière.

La vélocité est relative, donc peu importe si vous «voyagez» à une certaine vitesse par rapport à quelque chose, ou si quelque chose se déplace à une certaine vitesse par rapport à vous - les effets sont les mêmes. À l'heure actuelle, des objets de l'univers voyagent à une large gamme de vitesses par rapport à vous. Si vous décidez de changer votre vitesse pour se rapprocher de la vitesse de la lumière par rapport à ce qu'elle est maintenant, vous constaterez qu'il existe toujours la même gamme de vitesses d'objets par rapport à vous. En effet, les objets qui se déplaçaient près de c dans la direction de votre augmentation auront ralenti, et les objets qui voyageaient dans la direction opposée auront augmenté leur vitesse.

Cependant, vous constaterez également que comme les objets augmentent leur vitesse par rapport à vous, la séquence d'événements y ralentit, et cela inclut le fonctionnement de leurs horloges depuis votre point de vue, qui s'approche de zéro lorsque leur vitesse s'approche de la vitesse de la lumière.

Comme indiqué, vous ne pouvez pas voyager à la vitesse de la lumière, mais vous pouvez regarder les limites vers lesquelles nous tendons à l’approche.

Donc, si je devais voyager en un vaisseau spatial à la vitesse de la lumière, est-ce que je gèlerais et arrêterais de bouger?

Du point de vue d'un observateur stationnaire si votre vaisseau spatial voyageait à près à la vitesse de la lumière, le temps passé sur le vaisseau spatial aurait ralenti (serait proche de zéro ou gelé). Qu'est-ce que ça veut dire? Tout dans le vaisseau spatial se déplacerait très lentement, par exemple. la personne en mouvement, les signaux électriques, tout est ralenti de la même manière (comme vu par l'observateur stationnaire).

Du point de vue d'une personne sur le vaisseau spatial , le temps semble voyager à son rythme normal (car si le temps ralentit, vous ne le remarquez pas car tout ralentit au même rythme, y compris votre processus de réflexion). Rien à l'intérieur du vaisseau spatial ne semble donc étrange. Cependant, si vous observez les étoiles passer, vous observerez des effets étranges dus à l'aberration et au décalage doppler.

Voir ce lien pour voir ce qu'un vaisseau spatial verrait voyager à des vitesses relativistes.

Est-ce que l'univers autour de moi se figerait et s'arrêterait de bouger?

Non, l'univers continue de fonctionner comme d'habitude. Essentiellement, dans le vaisseau spatial, le temps se déplace plus lentement qu'à l'extérieur dans le reste de l'univers. Donc, à l'intérieur, vous vieillissez plus lentement que quelqu'un à l'extérieur. Cependant, vous ne le remarquez pas (le temps semble courir normalement de votre point de vue) et vous verrez simplement les étoiles à l'extérieur devenir bleues (en raison de l'effet doppler de la vitesse élevée et décalées vers un point autour de votre direction de voyage (en raison de à l'aberration)). Voir le lien ci-dessus pour plus de détails à ce sujet.

Pour qui le temps s'arrêterait-il?

Personne ne remarque que le temps ralentit de son point de vue. Au lieu de cela, c'est seulement l'observateur stationnaire qui note que le temps ralentit pour la personne dans le vaisseau spatial.

Le temps ne se figeait pas. Au lieu de cela, tous les événements du monde se produiront au même moment et au même endroit (du point de vue de l'observateur voyageant à la vitesse de la lumière).

Il serait préférable de dire que le monde (c'est-à-dire l'espace & time ) se réduirait en un seul point.

Je pourrais répondre à votre troisième question, les autres ont déjà été répondues. Il y a deux questions fondamentales auxquelles répondre ici:

1. votre temps serait-il figé pour un observateur externe
2. le temps se figerait pour vous, ou que feriez-vous l'expérience

La réponse à la question 1 est oui, ce serait le cas. La description mathématique se trouve correctement dans les autres réponses, je ne vais donc pas la répéter. Mais pour le comprendre, imaginez que vous avez de petites horloges à photons à l'intérieur de votre corps. (à notre connaissance aujourd'hui, nous imaginons la majeure partie de notre masse / énergie due à des gluons sans masse voyageant / oscillant à la vitesse c dans une sorte de confinement, et des quarks, mais personne ne sait quelle serait la structure d'un quark, nous y pensons comme un point). Nous prendrons donc les petites horloges à photons comme analogie avec les gluons. L'horloge à photons a des miroirs et les miroirs réfléchissent le photon, c'est-à-dire une tique. À mesure que votre corps accélère, les photons devraient rattraper les miroirs, mais à la vitesse c, les miroirs se déplaceraient également à la vitesse c, de sorte que les photons n'atteindraient jamais le miroir, pas de tiques. Votre temps s'est figé sur un observateur externe.

Pour le souligner, cela signifierait aussi que la structure interne de votre corps se figerait à un observateur externe, puisqu'aucune information ne pourrait plus être envoyée à son sujet, puisque ses pièces se déplaceraient à la vitesse c, et les interactions à l'intérieur votre corps et les horloges à photons semblent figés.

Maintenant aussi, pour souligner, en fonction de la contraction de la longueur SR, la taille de votre corps serait également ponctuelle pour un observateur.

La réponse n ° 2 n’est pas si simple.Vous verriez toujours vos propres horloges à photons cocher normalement.Et votre corps agirait donc normalement.Mais vous verriez tout le 4ème dim.en un coup d'œil.Vous verriez toute la chronologie tout au long de son chemin, le début et la fin de l'univers et tout cela entre les deux sous forme d'instantanés.Et bien sûr, comme une visionneuse 3D peut voir chaque élément d'un plan 2D à la fois (sans obstacle), vous, maintenant un spectateur 4D verriez chaque partie du monde 3D sans obstacle, dépliée, chaque structure 3D serait dépliée afinque sans obstacle, vous pouviez en voir tout.

Lorsque vous voyagez avec la vitesse de la lumière, le temps "n'existe" pas. Eh bien en quelque sorte. Si un corps voyage à la vitesse de la lumière, son origine et sa destination sont identiques. La question ne sert à rien car voyager à la vitesse de la lumière signifie que vous avez toujours voyagé et que vous voyagerez toujours à la vitesse de la lumière. Bien sûr, du point de vue d'un observateur, la vitesse de la lumière est un nombre défini, mais pour un photon, le temps n'est pas une «chose». Donc, dans l'ensemble, cela ne gèlerait pas autant que cesserait d'exister.

Je ne suis pas d'accord avec ceux qui rejettent cette question. Comme Ben Crowell nous le rappelle, Einstein lui-même y réfléchit.

Un aspect de la relativité souvent négligé est sa réciprocité. Si vous vous déplacez par rapport à moi, alors tous les effets relativistes qui s'appliquent à vous de mon point de vue (par exemple le ralentissement de votre horloge), s'appliquent également à moi de votre point de vue.

La première chose à retenir est que votre expérience personnelle du temps, connue sous le nom de votre temps propre, restera inchangée quelle que soit la vitesse à laquelle vous vous déplacez par rapport aux autres observateurs.

Si vous aviez une vitesse proche de la vitesse c par rapport aux autres observateurs, alors vous sembleriez, de leur point de vue, vivre le temps à une vitesse très réduite. L'effet serait entièrement symétrique, car de votre point de vue, les autres observateurs sembleront être ceux pour qui le temps s'est presque arrêté.

Les réponses à vos questions sont donc:

1) De votre point de vue, vous ne ressentiriez aucun changement dans le passage du temps à bord du vaisseau spatial. Lorsqu'ils sont chronométrés par des observateurs se déplaçant asymptotiquement près de c par rapport à vous, les événements sur le vaisseau spatial sembleront figés dans le temps.

2) Lorsqu'elles sont mesurées par rapport à votre cadre de référence, les horloges de ces observateurs vous sembleront figées. (Ici, je prends «l'univers» comme signifiant tous les observateurs pour lesquels votre vitesse relative est proche de c).

3) Le temps ne s'arrête pour personne.

Je ne suis pas d'accord avec David et j'ai trouvé sa réponse assez étrange.

Pour simplifier, supposons que nous travaillons dans l'espace $ (1, -1, -1, -1) $ Minkowski. Le photon se déplace dans la direction le long de l'axe $ x $ . Au moment $ 0 $ , le photon est au point $ (0,0,0,0) $ , et au moment $ 1 $ au point $ (1, c, 0,0) $ .

Ainsi, la distance spatio-temporelle des deux événements est $$ c ^ 2- (c-0) ^ 2 = 0 $$

En conséquence, le photon ne "bouge" pas dans l'espace de Minkowski. Puisque notre seul moyen d'identifier deux événements distincts est via la métrique, cela signifie que les deux événements sont indiscernables. Mais ce type de phénomène est assez courant en mathématiques; les lignes du monde du photon deviennent ainsi un élément d'un sous-espace linéaire fermé de l'espace de Minkowski. La distance spatio-temporelle dans l'espace quotient peut encore être définie, et en particulier on peut attribuer zéro comme valeur du temps d'origine si l'on veut conserver la loi additive.