Princípios fundamentais do espaço-tempo: Parte 1 - Andrew Pontzen e Tom Whyntie

Veja a aula completa: http://ed.ted.com/lessons/the-fundamentals-of-space-time-part-1-andrew-pontzen-and-tom-whyntie

O espaço é onde as coisas acontecem. O tempo é quando as coisas acontecem. E, às vezes, para realmente observar o universo, você precisa pegar esses dois conceitos e unificá-los. Nesta primeira aula, de uma série de três partes sobre o espaço-tempo, os apresentadores hilários Andrew Pontzen e Tom Whyntie analisam os fundamentos do espaço e do tempo, individualmente, e utilizam um "flipbook" para ilustrar como podemos começar observá-los juntos.

Aula de Andrew Pontzen e Tom Whyntie, animação de Giant Animation Studios.

Espaço: é onde as coisas acontecem.

Tempo: é quando as coisas acontecem.

Podemos calcular onde as coisas estão

e quando elas acontecem,

mas, na Física moderna,

percebemos que "quando" e "onde"

são, na verdade, partes da mesma questão.

Por que, no que se refere
a compreender o universo,

precisamos substituir
o espaço tridimensional mais o tempo

por um único conceito:

espaço-tempo quadridimensional.

Vamos explorar e explicar o espaço-tempo

nesta série de animações.

Animações?

Sim.

Bem, não estamos muito animados, estamos?

Claro que estamos!
Veja, posso ir daqui para cá.

Opa! Como você foi dali para cá?

A que velocidade você fez isso?

Você correu? Andou?

Seguiu em linha reta?

Ah! Para responder isto, será preciso
deixar nossa Física de cartum

mais parecida com a Física da Física.

Serão necessários mais quadros.

Mais quadros, por favor!

Certo. Em cada quadro, Andrew está
em um lugar ligeiramente diferente.

Então, posso ver
que cada quadro registra

onde Andrew está em um momento diferente.

Isto é ótimo. Mas seria mais fácil ver

o que está acontecendo
se pudéssemos recortar

todas as centenas de quadros e empilhá-los

como um flipbook.

Certo, agora vamos folhear o livro

para que vejamos um quadro após o outro,

passando por 24 quadros a cada segundo.

Veja! Eu disse que era uma animação.

Agora você pode me ver andando.

Desenhar todos esses quadros
e colocá-los em um flipbook

é apenas uma maneira de registrar
a forma como me movimento.

É assim que a animação
e os filmes funcionam.

Como se pode ver,
à velocidade da minha caminhada,

leva-se dois segundos para passar
em frente a cada estaca da cerca,

e elas estão a 4 m
de distância uma da outra.

Então, podemos calcular minha velocidade

ao me mover pelo espaço:

2 metros por segundo.

Mas eu poderia ter descoberto isto
a partir dos quadros,

sem folheá-los.

A partir da margem do flipbook,

você pode ver todas as cópias
dos postes da cerca

e todas as cópias de Andrew,

e ele está em um lugar
ligeiramente diferente a cada quadro.

Agora, podemos prever tudo
que vai acontecer com Andrew

quando folhearmos 24 páginas por segundo,

incluindo sua velocidade de locomoção,

só por olhar.

Não há necessidade alguma de folhear.

A margem do flipbook

é conhecida como um diagrama espaço-tempo

da caminhada de Andrew,
como você já adivinhou,

através do espaço-tempo.

À linha que representa
a caminhada de Andrew

chamamos de sua linha de universo.

Se eu corro devagar, em vez de caminhar,

talvez eu consiga ultrapassar
uma estaca de cerca por segundo.

Ele não é muito atlético.

De qualquer maneira, ao observarmos
esse novo flipbook pela margem,

podemos fazer a mesma análise de antes.

A linha de universo para Andrew correndo

é mais inclinada

do que a linha do universo
para Andrew andando.

Podemos afirmar que ele se desloca
com o dobro da velocidade anterior,

sem precisarmos folhear os quadros.

Mas há um detalhe engenhoso.

Em Física, é sempre bom
olhar as coisas de outras perspectivas.

Afinal de contas, as leis da Física

devem valer para todos

ou para ninguém.

Então vamos repensar nosso cartum

e fazer a câmera seguir Andrew
enquanto ele corre

e, assim, as estacas das cercas parecem
ir passando por trás dele.

Ainda considerando tudo
como um flipbook de quadros,

nada precisará ser redesenhado.

Simplesmente deslocamos
todos os quadros um pouco

até que a linha de universo
de Andrew, que estava inclinada,

fique completamente na vertical.

Para entender por quê, vamos folhear tudo.

Sim, agora eu estou estacionário,
correndo no mesmo lugar,

no centro do quadro.

Na margem do flipbook,

minha linha de universo
ficou na vertical.

As estacas da cerca
passam por trás de mim.

Agora são as linhas de universo
das cercas que ficaram inclinadas.

Este rearranjo dos quadros
é conhecido como

Transformação de Galileu

e nos possibilita analisar a Física
de outro ponto de vista diferente do nosso.

Neste caso, do meu ponto de vista.

Afinal, é sempre bom observar as coisas
a partir de outros pontos de vista,

especialmente quando
os observadores estão em movimento,

à velocidades diferentes.

Desde que as velocidades
não sejam muito elevadas.

Se você for um raio cósmico
viajando à velocidade da luz,

o flipbook do seu ponto de vista
fragmenta-se por completo.

Para impedir que isto aconteça,

teremos que colar os quadros
uns nos outros.

Ao invés de uma pilha
de quadro separados,

precisaremos de um bloco sólido
de espaço-tempo,

o qual abordaremos
em nossa próxima animação.