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Alexis Diaz  
 
Alexis Diaz 
SPCS 2015 ­ Frontiers of Physics  
Time Dilation Paper 
19 July 2015 
______________________________________________________________________________ 
 
The Encroachment of Time Dilation on Prior Knowledge 
 
Abstract 
The unprovable nature of postulates has long proven to be problematic in the world of physics . 
The problem with postulates is that they are regarded as absolute without question or extensive 
research. Hastily written formulas are written to match ideas that the conglomerate of the literate 
would perceive to be true and correct. This often perpetuates bias and lack of opposing views 
and information. This is the case for the concept of light and its medium. ​This paper suggests 
with examples that light has no medium and its speed is a constant. In response to this, it is time 
and space that are affected and warped thereafter to ensure that light remains a constant no 
matter the speed of its light source. This is known as time dilation and using the knowledge of 
today, I will hone in on the inaccuracies that guide the reader to the common misconception that 
time is constant for all observers. The primary target of this paper is researchers and physicists; 
however, people with all levels of experience may find relevance to daily life as the paper will 
discuss the uses of time dilation to an appropriate degree. 
 
Introduction 
When we reached the point where we could demonstrate that light was a wave, then it was 
presumed that the wave must have a medium in which to travel. Sound waves travel through air, 
it is safe to assume light waves must travel through some sort of medium as well. Since no 
medium was apparent between the earth and the sun, they assumed it was transparent and thus 
not readily observable. They call this theoretical medium the ether. The popular presumption was 
that this ether was stationary and filled all of space. This involved the presumption that there was 
Alexis Diaz  
an absolute reference frame in the universe, and that all the movement of planets and stars was 
through this ether. It was hypothesized that the ether was required to have light move through the 
vacuum of space. Just the way sound requires air to move from one place to another. How else 
can waves move through the vacuum of light, unless there was some medium there, known as the 
ether. Ether, they theorized was an invisible nothingness that permeates the universe. Its only 
physical property is that it allows light to propagate through it.  
These presumptions guided my experiment to find evidence of the ether. 
Calculating precise measurements of the speed of light,  made testing the predicted effects of 
ether on the speed of light possible as well.  
The Earth orbits the Sun at approximately 66,500 miles/hr. Compared to the speed of light, the 
Earth is moving relatively slow and if light travels through ether, then as the Earth moves 
through the ether, the speed of light should be different going with the ether than perpendicular 
to it and in an attempt to show the effects of the ether on the speed of light, I conducted an 
experiment to confirm or disprove the conjecture above. It is designed to measure the speed of 
the ether and to find an absolute reference frame, one that could be at rest. 
The interferometer was devised to detect minute differences in speed between two beams of light 
and was paramount in the experiment’s accuracy.  
 
Light from one source is split in two direction through a half­silvered mirror these beams are 
bounced between other mirrors and then recombined back into a single beam.  
When two light beams combine, if their waves are completely synchronized​, ​the peaks combine 
to make an even more intense peak, known as in phase; if they are one half wavelength off, their 
peaks combine and cancel out the intensity, known as out of phase. Slight differences in speed 
Alexis Diaz  
between two light waves will therefore produce a pattern based on the amount of interference 
between the two beams, this is known as an interference pattern.   
Examining the interference pattern from the two light beams sent out in different directions 
would clearly show if the speed of each light beam were different in different directions. No such 
difference was detected.  
The experiment confirmed that the speed of light is constant, regardless of the speed of light 
source. The results are inconsistent with knowledge adhering to the properties of light and the 
ether, yet consistent with. One way to resolve the contradiction is my proposition that light is 
constant. 
 
Methods 
Consider a simple clock consisting of one mirror A and a light source mirror  B, between which 
a light pulse is bouncing. The separation of A and B  is ​d​ and the clock ticks once each time the 
light returns to the light source after being reflected.  
In the frame where the clock is at rest (diagram 
below), the light pulse traces out a path of length 2​d 
and the period of the clock is 2​d​ divided by the 
speed of light. 
Scenario 1:  You are in the same inertial frame as the 
light clock. You are therefore measuring the proper 
time, denoted  . The Mirrors are separated bytΔ 0  
distance “d”. The light moves with a speed “c 
The proper time for one tick is given by:  t  Δ 0 
= c
2d
 
 
Scenario 2: You are in a different inertial frame to 
the light clock. The light clock is moving with 
velocity v, in the x direction. The path the light takes 
Alexis Diaz  
is now different as it has only a finite speed. The time taken for one tick is denoted ∆t, the 
observed time. 
In the diagram, “d” represents the vertical distance between the mirrors.  
In scenario 1, the stationary observer here observes a particular time, but what about a moving 
observer? The diagram below shows the change: 
 
 
 
Here we have moving mirrors with the photon moving at the same speed and hitting the same 
place on the mirrors (so that it would be identical to the first diagram if the mirrors were not 
moving). All the parameters here are the same, expect for the movement, and relativity states that 
then the time will change. We can start deriving how time differs for stationary and moving 
observers. I have outlined each step in the appropriate length below: 
 
The value for the observed time in a moving reference frame (scenario 2) is: 
t  Δ = c
2L
 
The value for the observed time in a non­moving reference frame (scenario 1) is: 
tΔ 0 = c
2d
 
Applying Pythagoras’ theorem the length L is given by: 
 L = √d ( )2
+   2
vΔt 2
 
 
Alexis Diaz  
Combine the two equations above:  
t  Δ = c
2
√d )2
+ ( 2
vΔt 2
 
Rearrange the equation for proper time to make “d” the subject of the equation: 
d = 2
cΔt0
 
Combine the two equations above:  
t    Δ = c
2
√( ) )2
cΔt0 2
+ ( 2
vΔt 2
 
Square both sides and simplify:  
t [ ]Δ 2
= 4
c2 4
c Δt2 2
o
+ 4
v Δt2 2
 
t tΔ 2
= Δ 2
0 + c2
v Δt2 2
 
Collect like terms on the same side of the equation: 
t tΔ 2
− c2
v Δt2 2
= Δ 2
0  
Factor: 
t (1 ) tΔ 2
− c2
v2
= Δ 2
0  
Set equal to ∆t as the subject of the formula: 
tΔ 2
=
Δt2
0
(1− )c2
v2  
Take the square root of both sides:  
tΔ =
Δt0
√(1− )c2
v2
 
Alternatively:  
t t  Δ = Δ 0 *
1
√(1− )c2
v2
 
*Note​: you will the square root term expressed as gamma, or  , giving the final equation:γ  
     t t γ  Δ = Δ 0  
 
 
Alexis Diaz  
If we accept that each pass of light between the mirrors is the a second, then the same unit of 
time now takes longer to pass when the clock is in motion. What does this mean? Time cannot be 
an absolute value, it changes depending on how we look at it. Specifically, how a second is not 
the same for every observer from every perspective. In other words, time slows down for objects 
approaching the speed of light. This slowing of time at high speeds is referred to as time dilation. 
Conclusion 
Time and space are relative. Time dilation can be inferred from the observed fact of the 
constancy of the speed of light in all reference frames.This constancy of the speed of light 
means, counter to intuition, that speeds of material objects and light are not additive. It is not 
possible to make the speed of light appear greater by approaching at speed towards the material 
source that is emitting light. It is not possible to make the speed of light appear less by receding 
from the source at speed. From one point of view, it is the implications of this unexpected 
constancy that take away from constancies expected elsewhere. 
Although human speeds are not significant enough to record a substantial effect of time dilation, 
we can observe examples of time dilation in nature. Elementary particles, such as muons in the 
upper atmosphere, are one of such portrayal. The muons are created in the upper atmosphere and 
travel at a high velocity towards the earth’s surface; however it is expected that few would 
survive the flight despite the high velocity. Nonetheless when scientists compared results of 
muons having traveled distances from the top of a mountain and at sea level, more survived than 
initially thought.  This is in part of its perspective in the Earth frame, where the muon’s velocity 
gives them a longer half life. From the frame of reference of the muon, its lifetime is unaffected, 
considering they were travelling at a large fraction of the speed of light relative to us and so time 
slowed down for them.   
I speculate that one day in the near future our space ships imitate the muon, in terms of speed. 
Being able to extend lifetimes by shortening distance relative to the inertial frame. Its benefit will 
enable interplanetary travel possible on human time scales. In addition, to the reduction of 
psychological and physiological stresses of long space journeys placed on the astronauts. 
 

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