Основи на пространство-времето: Част 1 - Андрю Понцен и Том Уайнти

Гледайте целия урок: http://ed.ted.com/lessons/the-fundamentals-of-space-time-part-1-andrew-pontzen-and-tom-whyntie

Нещата се случват в пространството. Времето показва кога се случват. И понякога, за да можем наистина да видим Вселената, трябва да вземем тези две представи и да ги смесим. В първия урок от три-серийното филмче за пространство-времето, веселите домакини Андрю Понцен и Том Уайнти обясняват същността на пространството и времето поотделно и използват анимирана книжка, за да илюстрират как да започнем да ги възприемаме като едно цяло.

Урок от Андрю Понцен и Том Уайнти, анимация от Giant Animation Studios

Пространство - там,
където се случват нещата.

Време - кога нещата се случват.

Можем да измерим къде са нещата

и кога се случват,

но от съвременната физика

разбираме, че кога и къде

всъщност са части от един и същ въпрос.

Защото, за да разберем Вселената,

трябва да заменим триизмерното
пространство плюс времето

с една единствена идея:

четириизмерно пространство-време.

Ще изследваме и обясняваме
пространство-времето

в тази поредица от анимации.

Анимации?

Да.

Е, не сме много раздвижени, нали?

Разбира се, че сме! Виж,
мога да отида от тук до тук.

Ехаа! Как стигна от тук до там?

Колко бързо се движеше?

Тича ли? Или вървя?

В права линия ли се движеше?

А! За да отговорим, ще трябва да
преправим нашата рисувана физика,

за да прилича повече на физичната физика.

Ще ни трябват още картинки.

Още картинки, моля!

Добре, на всяка картинка Андрю е на
малко по-различно място.

Виждам, че всяка от тях е запис

на местоположението на Андрю
в различен момент от времето.

Това е чудесно. Но би било
по-лесно да видим

какво става, ако изрежем

стотиците картинки и ги
наредим еднa върху другa,

като книжка за прелистване.

Готово, нека сега да прелистим книжката,

така че да виждаме страница след страница,

минавайки през 24 страници за секунда.

Видяхте ли? Казах ви, че е анимация.

Сега ме виждате как ходя.

Рисуването на всички тези картинки
и събирането им в книжка

е просто един от начините да запиша
пътя, който съм изминал.

По този начин се прави
анимацията и дори филмите.

Oказва се, че с моята скорост на ходене

ми отнема две секунди да мина
покрай всеки стълб от оградата,

а стълбовете са през четири метра.

Т.е. можем да изчислим,
че скоростта ми –

бързината на движението
ми в пространството –

е два метра в секунда.

Но аз можех да я изчисля от картинките

и без да ги прелиствам.

По ръба на книжката

се виждат всички стълбове от оградата

и всички образи на Андрю,

който всеки път е на
малко по-различно място.

Сега можем да предвидим
всичко, което ще му се случи,

когато прелистваме 24 страници в секунда,

включително скоростта му на движение,

като само гледаме.

Изобщо няма нужда да прелистваме.

Ръбът на тази книжка

се нарича пространствено-времева диаграма

на пътуването на Андрю през, досетихте се,

пространството и времето.

Линията, която представя
пътя на Андрю, наричаме

негова световна линия.

Ако тичам вместо да вървя,

мога да минавам покрай стълб
от оградата всяка секунда.

Той не е много атлетичен.

Както и да е, ако прелистим
новата книжка по ръба,

ще направим същия анализ като преди.

Световната линия на тичащия Андрю

е по-наклонена

от световната линия на ходещия Андрю.

Можем да кажем, че той се движи
два пъти по-бързо от преди

без да прелистваме страниците.

Но ето и хитрината.

Във физиката винаги е добре да разглеждаме
нещата от други перспективи.

Все пак, законите на физиката

би трябвало да са еднакви за всички

или никой няма да им се подчинява.

Затова, нека да преосмислим анимацията си и

да накараме камерата да
следва Андрю, докато тича

и стълбовете на оградата го
приближават и подминават.

Разглеждайки отново
книжката за разлистване,

няма нужда да прерисуваме нищо.

Просто преместваме леко
всички изрязани рамки,

докато изкривената световна линия на Андрю

не стане съвсем вертикална.

За да разберем защо, нека да разлистим.

Да, сега съм неподвижен,
просто тичам на място

в центъра на картинката.

По ръба на книжката

световната ми линия върви право нагоре.

Стълбовете на оградата минават покрай мен.

Сега техните световни линии са изкривени.

Това пренареждане на
картинките е известно като

трансформация на Галилей

и ни позволява да анализираме
физиката от гледната точка на някой друг.

В този случай - от моята гледна точка.

Все пак, добре е винаги да разглеждаме
нещата от други гледни точки,

особено щом наблюдателите се движат

с различни скорости.

Докато скоростите не станат прекалено високи.

Ако сте космически лъч, който се движи
със скоростта на светлината,

книжката ни с вашата
гледна точка ще се разпадне.

За да предотвратим това,

ще трябва да залепим
картинките една за друга.

Вместо купчина отделни картинки,

ще ни трябва солиден блок
пространство-време,

който ще разгледаме
в следващата анимация.