Nguyên tắc cơ bản về không gian - thời gian: Phần 1 - Andrew Pontzen và Tom Whyntie

Xem bài học đầy đủ tại: http://ed.ted.com/lessons/the-fundamentals-of-space-time-part-1-andrew-pontzen-and-tom-whyntie

Không gian là nơi mọi thứ diễn ra. Thời gian là khi mọi thứ diễn ra. Thỉnh thoảng để thực sự hiểu về vũ trụ, cần phải kết hợp hai khái niệm này lại với nhau. Trong bài giảng phần 1 này, nằm trong chuỗi bài giảng gồm 3 phần về không gian - thời gian, hai người bạn hóm hỉnh, Andrew Pontzen và Tom Whyntie sẽ giới thiệu cho chúng ta những hiểu biết cơ bản về không gian và thời gian cũng như làm thế nào để xét gộp chúng với nhau.

Bài học của Andrew Pontzen và Tom Whyntie, hoạt hình bởi Giant Animation Studios.

Không gian:
là nơi mà mọi chuyện diễn ra

Thời gian:
là thời điểm mà mọi thứ xảy ra

Chúng ta có thể xác định
vị trí và thời điểm mọi việc

Nhưng trong vật lý hiện đại,

thời gian và địa điểm

là các phần của cùng một câu hỏi

Bởi vì muốn hiểu về vũ trụ,

ta cần thay thế
không gian ba chiều và thời gian

với một khái niệm duy nhất:

thời gian-không gian bốn chiều.

Chúng ta sẽ nghiên cứu và giải thích

về không gian - thời gian
trong sê-ri hoạt hình này

Hoạt hình?

Phải!

À, cũng không hẳn
là hình động đúng không?

Tất nhiên là có! Nhìn này,
tôi có thể đi từ đây đến đây

Whoa! Làm thế nào mà
anh làm được như vậy?

Chạy à? Hay đi bộ?

Hay đi theo 1 đường thẳng?

Để trả lời điều đó, phải làm cho
bộ hoạt hình của chúng ta

trở nên giống với vật lý
trong thực tế hơn.

Sẽ cần thêm nhiều tấm bảng nữa

Làm ơn cho thêm bảng!

Được rồi, trong mỗi tấm bảng,
Andrew ở các vị trí hơi khác nhau

tại những thời điểm khác nhau.

Điều đó thật tuyệt.
Nhưng sẽ dễ thấy hơn

nếu chúng ta cắt ra

hàng trăm tấm bảng
và chồng chúng lên nhau

như một cuốn sách lật.

Bây giờ, hãy lật
lướt qua cuốn sách

để nhìn thấy
hình này nối tiếp hình kia

cứ 24 hình một giây.

Thấy chưa!
Tôi đã bảo nó là hoạt hình mà.

Bây giờ, bạn có thể
nhìn thấy tôi đi ngang qua.

Vẽ bảng hình rồi cho vào
sách lật

là một cách để
ghi lại đường đi của tôi.

Đó là cách làm trong hoạt hình,
thậm chí trong phim ảnh.

Hóa ra, với tốc độ của tôi,

sẽ thì phải mất 2 giây
để đi qua mỗi trụ rào chắn

được đặt cách nhau 4 mét.

Từ đó tính ra vận tốc của tôi

khi di chuyển trong không gian

là 2m/ giây.

Nhưng còn một cách tính khác

mà không cần phải lật bảng.

Từ mép cuốn sách lật,

bạn có thể thấy bản sao của
các trụ rào chắn và của Andrew

và trong mỗi hình,
vị trí của anh ấy hơi khác nhau.

Chúng ta có thể dự đoán
tốc độ di chuyển của Andrew

khi lật sách với tốc độ 24 trang/ giây,

Chỉ cần nhìn thôi đấy.

Không nhất thiết phải lật tất cả.

Mép của cuốn sách này

được coi như một biểu đồ
không gian-thời gian

thể hiện chặng đường đi của Andrew,

Chúng ta coi đường kẻ đó
đại diện cho

đường định vị của anh ấy.

Nếu tôi chạy bộ thay vì bước đi,

tôi có khả năng băng qua
mỗi trụ rào chắn trong mỗi giây.

Anh ấy có vẻ
không nhanh nhẹn cho lắm.

Dù thế nào đi nữa, khi
nhìn vào mép cuốn sách lật này,

chúng ta cũng có thể
phân tích như lúc trước.

Đường định vị của Andrew
khi chạy bộ có vẻ nghiêng hơn

so với khi đi bộ.

Chúng ta có thể nói,
anh ấy đang đi nhanh gấp đôi

mà không cần lật bảng.

Ở đây, có chút ma mãnh hơn.

Trong vật lý, luôn là điều tốt
khi nhìn sự vật từ một góc nhìn khác.

Xét cho cùng, các định luật vật lý

phải là như nhau với tất cả mọi người
nếu không, không ai sẽ tuân theo nó.

Do đó, hãy nghĩ lại về
bộ hoạt hình của chúng ta

và máy quay đuổi theo
Andrew đang chạy bộ

và các trụ rào chắn
tiến đến rồi lùi ra sau anh ấy.

Vẫn xem nó như
một cuốn sách lật

chúng ta không cần
phải vẽ lại thứ gì.

Chỉ đơn giản là làm cho
các khung hình hơi nghiêng đi

cho đến khi
đường định vị của Andrew

trở nên hoàn toàn thẳng đứng.

Để hiểu vì sao phải làm vậy,
hãy lật nó.

Bây giờ tôi đứng yên một chỗ,
chỉ chạy bộ trên cái chấm

ở giữa tấm bảng.

Trên mép của sách lật,

đường định vị của tôi
có hướng thẳng đứng.

Những trụ rào chắn đang đi qua tôi.

đường định vị của chúng lại nghiêng.

Sự sắp xếp lại này
được gọi là:

phép biến đổi Galileo,

cho phép chúng ta phân tích vật lý
từ góc nhìn của người khác

Trong trường hợp này, là của tôi.

Luôn luôn tốt khi nhìn nhận sự vật
từ những góc nhìn khác,

nhất là khi người xem đang di chuyển

với tốc độ khác nhau,

miễn là tốc độ không quá lớn

Nếu bạn là một sao chổi
di chuyển với vận tốc ánh sáng,

cuốn sách lật của chúng ta,
sẽ bị rơi ra hết.

Để ngăn chặn điều đó,

chúng ta sẽ phải
dán những tấm bảng lại với nhau.

Thay vì những tấm bảng riêng biệt ,

chúng ta sẽ cần một khối
không gian - thời gian vững chắc.

Chúng ta sẽ nói đến vấn đề này
trong bộ hoạt hình tiếp theo.