Пространство — это там, где что-то происходит.
Время — это тогда, когда что-то происходит.
Мы можем измерить то, где что-то происходит
и когда что-то происходит.
Но в современной физике
мы понимаем, что «когда» и «где»
являются частью одного и того же вопроса.
Потому что как только нам надо понять,
как устроена Вселенная,
нам необходимо заменить трёхмерное пространство плюс время
единым целым:
четырёхмерным пространством-временем.
Мы подробно расскажем о пространстве-времени
в этой серии мультфильмов.
Мультфильмов?
О да!
Но мы ж не мультяшные герои?
А кто же ещё! Смотри, как я могу попасть отсюда сюда.
Ух ты! Как ты попал оттуда суда?
Как быстро ты двигался?
Ты бежал или шёл?
Ты шёл по прямой линии?
Да уж! Чтобы ответить на все эти вопросы, нам нужно мультяшную физику
сделать как бы «физической» физикой.
Нам нужно побольше слайдов.
Побольше слайдов, пожалуйста!
Итак, в каждом слайде Эндрю находится в разных местах.
Поэтому я вижу, как на каждом слайде запечатлено,
где Эндрю в определённый момент времени.
Отлично. Но было бы легче увидеть,
что происходит, если бы мы могли вырезать
сотни слайдов и сложить их стопкой,
чтобы у нас получился блокнот.
Отлично. А теперь пролистаем блокнот так,
чтобы мы видели, как слайды сменяют друг друга
со скоростью 24 в секунду.
Видите? Я говорил, что это как в мультике.
Сейчас вы видите, как я иду.
Рисунки на слайдах, сложенные стопкой в блокнот, —
один из способов запечатлеть, как я двигаюсь.
Таков принцип создания мультфильмов и даже кино!
Оказывается, что при моей скорости ходьбы
я прохожу за две секунды от одного столбика забора к другому,
а расстояние между ними 4 метра.
Таким образом, мы можем рассчитать скорость,
то есть как быстро я передвигаюсь в пространстве,
и она равняется двум метрам в секунду.
Но я мог бы получить ответ из слайдов,
даже не листая их.
Если посмотреть на стопку слайдов,
вы видите все изображения столбиков забора
и все изображения Эндрю,
и на каждом из слайдов он немного в разном месте.
А сейчас мы можем предсказать, что случится с Эндрю,
если мы пролистаем блокнот со скоростью 24 страницы в секунду,
мы даже узнаем скорость его движения,
просто глядя на блокнот.
Его даже не надо листать.
Стопка листов блокнота
известна как пространственно-временная диаграмма
путешествия Эндрю через — угадали —
пространство и время.
Линия, которая показывает путешествие Эндрю,
называется мировой линией.
Если я буду бежать, а не идти,
то я смогу пробегать мимо каждого столбика за секунду.
Спортсмен из него никудышный.
Как бы то ни было, если посмотрим на блокнот сбоку,
мы сможем проделать такой же анализ, как и раньше.
Мировая линия бегущего Эндрю
более пологая,
чем мировая линия идущего Эндрю.
Мы можем увидеть, что он движется в два раза быстрее, чем раньше,
даже не листая слайды.
Но здесь есть одна хитрость.
В физике очень бывает полезно смотреть на вещи с другого ракурса.
Ведь как бы то ни было, законы физики
едины для всех,
иначе никто их не будет соблюдать.
Давайте по-другому взглянем на наш мультик:
сделаем так, чтобы камера следила за бе́гом Эндрю
по мере того, как он будет приближаться и пробегать столбики.
Представив это как блокнот слайдов,
мы не будем ничего перерисовывать.
Мы просто слегка переместим края слайдов,
и косая мировая линия Эндрю
станет абсолютно вертикальной.
Чтобы понять, зачем, давайте полистаем блокнот.
Да, сейчас я бегу на месте
в центре слайда.
В стопке слайдов
моя мировая линия направлена по прямой вверх.
Мимо меня мелькают столбики забора.
Но сейчас косые мировые линии у них.
Данная перестановка слайдов получила название
Преобразования Галилея,
она позволяет нам анализировать физику с чьей-то ещё точки зрения.
В нашем случае — с моей.
Кроме того, не так уж и плохо иногда взглянуть на вещи с другой точки зрения,
особенно когда зрители двигаются
с разными скоростями.
Только если скорости не столь велики.
А вот если вы космический луч, двигающийся со скоростью света,
наш блокнот с вашей точки зрения просто разлетится.
Чтобы помешать этому,
нам надо склеить слайды вместе.
Вместо стопки отдельных слайдов
нам потребуется цельный блок пространства-времени,
о котором мы вам расскажем в следующей серии.