Driedimensionale - en vierdimensionale snelheid

De snelheid in de ‘gewone’ driedimensionale wereld is de vector v en in de vierdimensionale ruimtetijd de vector u. Druk de componenten van de ene vector uit in de componenten van de andere vector en vice versa, en geef de absolute waarden van beide vectoren. We beperken ons tot de speciale relativiteitstheorie.
De componenten van de vector v zijn:
Vergelijking
Hieruit volgt dat de absolute waarde van de vector v gelijk is aan:
Vergelijking
Lichtsporen
Het draait allemaal om snelheid
In de vierdimensionale ruimtetijd kennen we het invariante interval ds:
Vergelijking
We kiezen s als de parameter voor de booglengte van de wereldlijn van iets of iemand. Dan is de eigentijd van die wereldlijn, de tijd die verloopt volgens de meereizende klok, gelijk aan τ:
Vergelijking
Zoals je ziet heb ik hier gekozen voor een metriek ημν met een signatuur van (−1, 1, 1, 1), dus een ruimteachtig interval. De componenten van de vector u zijn:
Vergelijking
Hieruit volgt dat de absolute waarde van de vector u gelijk is aan:
Vergelijking
Indien ik een metriek had gekozen met een signatuur van (1, −1, −1, −1), dus een tijdachtig interval, dan was er precies hetzelfde uitgekomen, maar let op wat hierboven precies staat. Stel dat ik het zo opschrijf:
Vergelijking
Hier kan +c2 of −c2 uitkomen, afhankelijk van de signatuur van de metriek en van de waarden voor dt, dx, dy en dz, en daarom staan er ook absoluut-strepen onder het wortelteken. De absolute waarde van u is altijd c. Strikt genomen had ik dus dubbele absoluut-strepen neer moeten zetten:
Vergelijking
Verder hebben we de overbekende (toch?) formule voor tijddilatatie (waarin v = | v | ):
Vergelijking
Waaruit volgt:
Vergelijking
We kunnen de componenten van u dus schrijven als:
Vergelijking
En de componenten van v kunnen we schrijven als:
Vergelijking