I concetti di base dello spazio-tempo: Parte 1 - Andrew Pontzen e Tom Whyntie

Vedi la lezione completa su: http://ed.ted.com/lessons/the-fundamentals-of-space-time-part-1-andrew-pontzen-and-tom-whyntie

Lo spazio è dove le cose accadono. Il tempo è quando accadono. E qualche volta, per capire veramente l'universo, è necessario prendere questi due concetti e mischiarli tra loro. In questa prima lezione di tre sullo spazio-tempo, gli spassosissimi Andrew Pontzen e Tom Whyntie ci faranno una panoramica dei concetti di base di spazio e tempo separatamente, e useranno un libro animato per illustrarci come possiamo iniziare a pensarli come un'unica cosa.

Lezione a cura di Andrew Pontzen e Tom Whyntie, animazioni di Giant Animation Studios.

Spazio: è dove le cose succedono.

Tempo: è quando le cose accadono.

Noi possiamo calcolare dove sono le cose

e quando avvengono,

ma nella fisica moderna

ci rendiamo conto che il quando e il dove

sono in realtà parte della stessa domanda.

Perché quando si tratta di capire l'universo,

dobbiamo sostituire
lo spazio tridimensionale ed il tempo

con un unico concetto:

lo spazio-tempo quadri-dimensionale.

Esploreremo e spiegheremo lo spazio-tempo

in questa serie di animazioni.

Animazioni?

Sì.

Beh, noi non siamo molto animati, vero ?

Certo che lo siamo!
Guarda, posso andare da qui a qui.

Ehi! Come sei arrivato qui?

A che velocità andavi?

Hai corso? Camminato?

Sei perfino andato dritto?

Ah! Per rispondere,
avrai bisogno di far sembrare

la fisica dei nostri cartoni animati
ancor più fisica.

Avrai bisogno di più pannelli

Più pannelli, per favore!

Ok, in ogni pannello, Andrew
è in un posto leggermente diverso.

Praticamente, ogni pannello mostra
la posizione esatta di Andrew

in ciascun istante di tempo.

Fantastico. Ma sarebbe più facile vedere

cosa sta succedendo se potessimo ritagliare

tutte queste centinaia di pannelli e impilarle

come in un libro animato.

Giusto, ora sfogliamo questo libro

così da vedere i pannelli
scorrere uno dopo l'altro

al ritmo di 24 per secondo.

Vedi? Te lo dicevo che era animato.

Ora puoi vedermi camminare.

Disegnare tutti quei pannelli
e metterli nel libro animato

è solo una delle tecniche per registrare
il modo in cui mi muovo.

È così che funzionano le animazioni,
e persino i film.

Come si vede, alla velocità a cui cammino,

ci vogliono due secondi per superare
ogni paletto della staccionata,

e ognuno dista
quattro metri dal successivo.

Quindi riusciamo a calcolare
che la mia velocità --

quanto veloce mi muovo nello spazio - -

è due metri al secondo.

Ma avrei anche potuto capirlo
dai pannelli,

senza sfogliarli.

Dal bordo del libro animato,

puoi vedere tutte le copie
dei paletti della staccionata

e tutte le copie di Andrew

e che lui, in ogni pannello,
è in un posto leggermente diverso.

In questo modo possiamo prevedere
cosa succederà ad Andrew

quando sfogliamo 24 pagine al secondo,

compresa la sua velocità di movimento,

semplicemente dando un'occhiata.

Senza neanche sfogliare.

Il bordo del libro animato

può essere visto
come un diagramma spazio-tempo

del percorso di Andrew attraverso,
l'avrete indovinato,

spazio e tempo.

Definiamo la linea che rappresenta
il percorso di Andrew

la sua linea del mondo.

Se corro leggermente invece di camminare,

dovrei riuscire a superare
un paletto della staccionata al secondo.

Non è molto atletico.

Comunque, quando guardiamo
questo nuovo libro animato dal margine,

possiamo fare
le stesse considerazioni di prima.

La linea del mondo di Andrew
che fa jogging

è più inclinata

della linea del mondo di Andrew
che cammina.

Rispetto a prima possiamo dire
che sta andando al doppio più veloce

senza sfogliare i pannelli.

Ma ecco la furbata.

In fisica, è sempre meglio osservare
le cose da altri punti di vista.

Dopotutto, le leggi fisiche

dovrebbero essere le stesse per tutti

o nessuno le rispetterà.

Quindi, riconsideriamo
il nostro cartone animato

e riprendiamo Andrew mentre fa jogging

e i paletti della staccionata
scorrono via dietro di lui.

Guardandolo nuovamente
come un libro animato

non abbiamo bisogno
di ridisegnare alcunché.

Semplicemente spostiamo di poco
i fotogrammi ritagliati

fino a che la linea inclinata
del mondo di Andrew

non diventi completamente verticale.

Per vedere perchè, sfogliamolo.

Sì, ora sono fermo,
faccio jogging sul posto,

al centro del pannello.

Sul bordo del libro animato,

la mia linea del mondo
stava andando dritta verso l'alto.

I paletti della staccionata
mi oltrepassano.

Ora sono le loro le linee del mondo
ad essere inclinate.

Questa riorganizzazione dei pannelli
è conosciuta come una

trasformazione Galileiana,

e ci permette di analizzare la fisica
dalla prospettiva di qualcun altro.

In questo caso, la mia.

Dopotutto, è sempre utile vedere le cose
da altri punti di vista,

specialmente quando chi guarda
si sta muovendo

ad una velocità differente.

A patto che tali velocità
non siano troppo elevate.

Se tu fossi un raggio cosmico
che si sta muovendo alla velocità della luce,

il nostro libro animato, dal tuo punto di vista,
cadrebbe in pezzi.

Per evitare ciò,

dovremo incollare i pannelli insieme.

Invece di una pila di pannelli separati,

avremo bisogno
di un unico pezzo di spazio-tempo,

cui arriveremo nella prossima animazione.