Кіріспе
Екі оқиға арасындағы өткен уақыт, екі оқиғаны бастан-аяқ өтетін сағатпен өлшенгендей. Релятивіте теориясында, уақыт тәрізді әлем сызығы бойымен "дұрыс уақыт" (латын тілінен, "өз уақыты" деген мағынада) – осы сызық бойынша қозғалатын сағатпен өлшенген уақыт ретінде анықталады. Әлем сызығындағы екі оқиға арасындағы дұрыс уақыт аралығы – координаталардан тәуелсіз және Лоренц скаляры болып табылатын дұрыс уақыттың өзгеруі. Осы аралық – қызығушылық тудыратын шама, себебі дұрыс уақыттың өзі тек кездейсоқ қосымша тұрақтыға дейін ғана белгілі, атап айтқанда, әлем сызығы бойындағы бір оқиғада сағатты қалай орнатуға болады. Екі оқиға арасындағы дұрыс уақыт аралығы тек оқиғаларға ғана емес, сонымен қатар оларды байланыстыратын әлем сызығына, демек оқиғалар арасындағы сағаттың қозғалысына да байланысты. Ол әлем сызығы бойынша интеграл түрінде (Эвклид кеңістігіндегі доға ұзындығына ұқсас) өрнектеледі. Үдетілген сағат екі оқиға арасындағы өткен уақытты, сол екі оқиға арасындағы үдетілмеген (инерциялық) сағатқа қарағанда кішірек өлшейді. Бұл эффекттің мысалы – егіздер парадоксы. Дұрыс уақытты әдетте грек әрпі τ (тау) арқылы белгілейді, оны t арқылы белгіленген координаттық уақыттан ажырату үшін. Координаттық уақыт – бұл байқаушының оқиғаға уақыт тағайындау әдісін пайдалана отырып, екі оқиға арасындағы уақыт. Арнайы релятивіте теориясындағы инерциялық байқаушының ерекше жағдайында уақыт байқаушының сағатымен және байқаушының бірдейлік анықтамасымен өлшенеді. Дұрыс уақыт тұжырымын 1908 жылы Герман Минковский енгізді, және ол Минковский диаграммаларының маңызды ерекшелігі болып табылады.
In relativity, proper time (from Latin, meaning own time) along a timelike world line is defined as the time as measured by a clock following that line. The proper time interval between two events on a world line is the change in proper time, which is independent of coordinates, and is a Lorentz scalar. The interval is the quantity of interest, since proper time itself is fixed only up to an arbitrary additive constant, namely the setting of the clock at some event along the world line. The proper time interval between two events depends not only on the events, but also the world line connecting them, and hence on the motion of the clock between the events. It is expressed as an integral over the world line (analogous to arc length in Euclidean space). An accelerated clock will measure a smaller elapsed time between two events than that measured by a non accelerated (inertial) clock between the same two events. The twin paradox is an example of this effect. By convention, proper time is usually represented by the Greek letter τ (tau) to distinguish it from coordinate time represented by t. Coordinate time is the time between two events as measured by an observer using that observer's own method of assigning a time to an event. In the special case of an inertial observer in special relativity, the time is measured using the observer's clock and the observer's definition of simultaneity. The concept of proper time was introduced by Hermann Minkowski in 1908, and is an important feature of Minkowski diagrams.
Математикалық формализм
Дұрыс уақыттың формальды анықтамасы сағат, бақылаушы немесе сынақ бөлшегінің кеңістік-уақыт арқылы қозғалысын және осы кеңістік-уақыттың метрикалық құрылымын сипаттауды қамтиды. Дұрыс уақыт – төрт өлшемді кеңістіктегі әлемдік сызықтардың псевдо-Риманн доғасының ұзындығы. Математикалық тұрғыдан алғанда, координаталық уақыт алдын ала берілген деп есептеледі және координаталық уақыттың функциясы ретінде дұрыс уақытты табу үшін формула қажет. Ал, дұрыс уақыт тәжірибелік жолмен өлшенсе, координаталық уақыт инерциялық сағаттардың дұрыс уақытынан есептеледі. Дұрыс уақытты кеңістік-уақыт арқылы өтетін уақыт тәрізді жолдар үшін ғана анықтауға болады, бұл физикалық өлшегіштер мен сағаттар жиынтығын құруға мүмкіндік береді. Кеңістік тәрізді жолдар үшін осы формализм уақыттың орнына дұрыс қашықтықты өлшеуге алып келеді. Ал жарық тәрізді жолдар үшін дұрыс уақыт ұғымы жоқ және ол анықталмайды, себебі кеңістік-уақыт аралығы нөлге тең. Оның орнына уақытпен байланысы жоқ, кездейсоқ және физикалық мағынасы жоқ аффиндік параметр енгізілуі керек.
1-ші мысал: "Парадокс" егіздері
Түйелік парадокс сценарийі үшін А бақылаушысы болсын, ол А координаттары (0,0,0,0) және (10 жыл, 0, 0, 0) арасында инерциялық қозғалады. Бұл A 10 жыл бойы A координатасының уақытында тұрады дегенді білдіреді. Екі оқиға арасындағы A үшін дұрыс уақыт аралығы содан кейін – ерекше салыстырмалылық координаттар жүйесінде дұрыс уақыт пен координаттық уақыт бірдей болады. Енді басқа бақылаушы B болсын, ол x бағытында (0,0,0,0) 5 жыл бойы A координатасының уақытында 0,866c жылдамдығымен (5 жыл, 4,33 жарық жылы, 0,0) нүктесіне дейін жүрсін. Ол жерге жеткенде, B жылдамдығын арттырады және басқа кеңістіктік бағытта тағы 5 жыл бойы A координатасының уақыты бойынша (10 жыл, 0, 0, 0) нүктесіне жүреді. Сапардың әрбір кезеңі үшін A координаттарын пайдаланып дұрыс уақыт аралығын есептеуге болады, ол былай беріледі. Сонымен, бақылаушы B үшін (0,0,0,0) нүктесінен (5 жыл, 4,33 жарық жылы, 0, 0) нүктесіне, содан кейін (10 жыл, 0, 0, 0) нүктесіне дейінгі жалпы дұрыс уақыт. Осылайша, дұрыс уақыт теңдеуі уақыттың өзгеруін (уақыт дилатациясын) қамтитыны көрсетілді. Шын мәнінде, SR (ерекше салыстырмалылық теориясы) кеңістігіндегі уақыт аралығында *v* жылдамдығымен *t* уақыты бойы қозғалған объект үшін, тәжірибеленген дұрыс уақыт аралығы SR уақыт дилатациясы формуласы болып табылады.
So being "at rest" in a special relativity coordinate system means that proper time and coordinate time are the same. Let there now be another observer B who travels in the x direction from (0,0,0,0) for 5 years of A coordinate time at 0.866c to (5 years, 4.33 light years, 0, 0). Once there, B accelerates, and travels in the other spatial direction for another 5 years of A coordinate time to (10 years, 0, 0, 0). For each leg of the trip, the proper time interval can be calculated using A coordinates, and is given by
So the total proper time for observer B to go from (0,0,0,0) to (5 years, 4.33 light years, 0, 0) and then to (10 years, 0, 0, 0) is
Thus it is shown that the proper time equation incorporates the time dilation effect. In fact, for an object in a SR (special relativity) spacetime traveling with velocity for a time , the proper time interval experienced is
which is the SR time dilation formula.
Жалпы салыстырмалылық теориясының мысалдары
SR мен жалпы салыстырмалылық теориясының (GR) арасындағы айырмашылық – GR-да Эйнштейн өрісі теңдеулерінің шешімі болатын кез келген метриканы қолдануға болады, тек Минковский метрикасы ғана емес. Қисайған кеңістік-уақытта инерциялық қозғалыс SR-дегідей қарапайым түрде сипатталмайтындықтан, дұрыс уақыт теңдеуін әрқашан интеграл түрінде қолдану қажет.