空间描述事情在哪里发生
时间描述事情什么时候发生
我们可以度量事情在哪儿
在什么时间发生
但是在现代物理学
我们发现时间和地点
事实上是同一个问题的不同方面
因为当要了解宇宙
我们需要用一个概念
来代替三维空间加时间
四维时空
在这个动画系列里
我们将探索解释四维时空
用动画？
是的
好吧，但我们并没有怎么动，不是么？
我们当然在动，看，我从这儿到了那儿
哇！你怎么从这儿到那儿的？
你动得多快？
你跑的还是走的？
你是走的直线么？
啊哈！要回答这个，你需要把我们的卡通物理
变得更像真实的物理
你需要更多图画
请给更多图画
好了，在每个图中，安德鲁在一个稍微不同的地方
每一张图记录了
安德鲁不同时间的位置
非常好，不过如果我们剪开数以百计的图画
然后堆在一起看
就能更简单地看清发生了什么
就像手翻书一样
好，来让我们快速翻这本书
我们看到一个接一个的图画
每秒24张
看！我说过这是个动画
现在你能看到我是怎么走过去的
画出所有图然后放在手翻书里
是记录我移动的一种方法
这就是动画片，甚至电影的工作原理
结果发现，以我的步行速度
每两秒经过一个篱笆桩
桩子间距4米
我们可以计算我的速度
我在空间移动的速度
就是两米每秒
但事实上不需要翻动画面
我也可以从那些画面里面算出速度
从手翻书的侧面
你可以看到篱笆桩的所有副本
还有安德鲁的所有副本
他在每个里面处在稍微不同的位置
现在我们可以预测以每秒24页翻动时
安德鲁将会发生的事
包括他的运动速度
仅仅通过看
不需要翻动
这个手翻书的侧面
就叫做安德鲁的行程的时空图
你猜到了
时间和空间
我们把代表安德鲁的行程的线
叫做他的世界线
如果我用慢跑代替步行
我可能每秒通过一个桩
他不是那么有运动细胞
无论如何，当我们看这个新手翻书的侧边
我们可以做和之前相同的分析
安德鲁慢跑的世界线
比他步行的世界线
更加倾斜
我们不用翻画就可以知道
他的速度是原来的两倍
但再机智点
在物理学中，多从其他角度看事情总是好的
毕竟，物理基本定律
对每个人都一样
或者说没有人能违背
重新审视这个卡通
让镜头跟随安德鲁一起慢跑
篱笆桩一一接近又被超过
同样将其看做手翻书
我们不用重新画所有图画
只是略微移动所有的画面
直到安德鲁的倾斜的世界线
变成竖直的
为什么呢？来翻起来
对的，现在我是不动的，在固定点慢跑
一直在图画的中间
在手翻书的侧边图里
我的世界线是竖直的
篱笆桩经过了我
现在桩的世界线是倾斜的了
这种图画的重新放置叫做
伽利略变换
它让我们从其他人的角度分析物理
在这个例子里，我的角度
总之，多从其他角度看事物总是好的
尤其当观察者
在以不同速度移动的时候
只要速度不是太快
如果你是一束以光速移动的宇宙射线
你看到的手翻书就跟不上了
为了阻止这样的事发生
我们不得不把所有画面粘在一起
我们需要一个整块的时空
来取代画面的堆积
我们将在下一个动画里解释这一点