The fundamentals of space-time: Part 1 - Andrew Pontzen and Tom Whyntie

أساسيات الزمكان : الجزء الأول - أندرو بونتزن وتوم واينتاي

المترجم: Abd Al-Rahman Al-Azhurry المدقّق: khalid marbou

Space: it's where things happen.

المكان: هو المكان الذي تحدث فيه الأشياء.

Time: it's when things happen.

أما الزمان:فهو الوقت الذي تحدث فيه الأشياء.

We can measure where things are

يمكننا حساب مكان الأشياء

and when things take place,

ومتى تحدث الأشياء،

but in modern physics,

لكن في الفيزياء الحديثة،

we realize when and where

أدركنا أن الزمان والمكان

are actually part of the same question.

هما جزآن من السؤال نفسه.

Because when it comes to understanding the universe,

لأنه عندما يتعلق الأمر بفهم الكون،

we need to replace three-dimensional space plus time

علينا أن نستبدل مصطلح المكان ذي الأبعاد الثلاثة بالإضافة للوقت

with a single concept:

بمصطلح واحد:

four-dimensional space-time.

الزمكان رباعي الأبعاد.

We'll explore and explain space-time

سنسكتشف ونشرح الزمكان

in this series of animations.

في هذه السلسلة من الرسوم المتحركة.

Animations?

الرسوم المتحركة ؟

Yeah.

أجل .

Well, we're not very animated are we?

حسناً، نحن لا نتحرك كثيراً أليس كذلك؟

Sure we are! Look, I can go from here to here.

بالطبع نحن كذلك! انظر، أستطيع أن أنتقل من هنا إلى هنا.

Whoa! How'd you get from here to there?

انتظر! كيف انتقلت من هنا إلى هناك؟

How fast did you go?

ما السرعة التي انتقلت بها؟

Did you run? Walk?

هل ركضت؟ أم مشيت؟

Did you even go in a straight line?

وهل تحركت في خط مستقيم؟

Ah! To answer that, you'll need to make our cartoon physics

للإجابة على ذلك السؤال، عليك أن تجعل فيزياء الرسوم خاصتنا

look more like physics physics.

تبدو أقرب إلى الفيزياء الحقيقية.

You'll need more panels.

ستحتاج إلى لوحات أكثر.

More panels, please!

لوحات أكثر، لو سمحتم!

Okay, in each panel, Andrew's in a slightly different place.

حسناً، في كل لوحة، يكون أندرو في مكان مختلف قليلاً.

So I can see each one records

إذاً أستطيع أن أرى أن كل واحدة تسجل

where Andrew is at a different time.

مكان أندرو في وقت مختلف.

That's great. But it would be easier to see

هذا رائع. لكنه سيكون من الأسهل أن نشاهد

what's going on if we could cut out

ما يحدث لو كان بإمكاننا قص

all the hundreds of panels and stack them up

كل المئات من اللوحات ورصها مع بعضها

like a flip book.

ككتاب التقليب.

Right, now let's flip through the book

جيد ، لنقلب في الكتاب الآن

so that we can see one panel after another

لكي نرى كل لوحة بعد الأخرى

getting through 24 in every second.

تمر بسرعة 24 لوحة في كل ثانية.

See! I told you it was an animation.

أرأيت! أخبرتك أنها رسوم متحركة.

Now you can see me walking along.

الآن يمكنكم أن تشاهدوني أمشي.

Drawing all those panels and putting them into a flip book

رسم كل هذه اللوحات ووضعها في كتاب تقليب

is just one way of recording the way I'm moving.

هي مجرد طريقة واحدة لتسجيل طريقة حركتي.

It's how animation, or even movies, work.

هذه طريقة عمل الرسوم المتحركة، وحتى الأفلام .

As it turns out, at my walking speed,

كما تبين لنا، بسرعة مشيي هذه

it takes two seconds to get past each fence post,

يتطلب الأمر ثانيتين لأتجاوز كل عمود سور،

and they're spaced four meters apart.

وتبلغ المسافة بينها 4 أمتار.

So we can calculate my velocity --

إذاً يمكننا حساب أن سرعتي

how fast I'm moving through space - -

- والتي هي سرعة حركتي في الفراغ -

is two meters per second.

هي متران في الثانية.

But I could've worked that out from the panels

ولكن كان بإمكاني أن أعرف هذا من اللوحات

without flipping through them.

بدون أن أقلب بينها.

From the edge of the flip book,

فمن حافة كتاب التقليب،

you can see all of the copies of the fence posts

يمكنكم أن تروا جميع نسخ نهايات السور

and all of the copies of Andrew

وجميع نسخ أندرو

and he's in a slightly different place in each one.

وهو بمكان مختلف قليلاً في كل واحدة من اللوحات.

Now we can predict everything that will happen to Andrew

الآن يمكننا أن نتنبأ بكل ما سوف يحدث لأندرو

when we flip through 24 pages every second,

عندما نقلب 24 صفحة في كل ثانية،

including his speed of motion,

بما في ذلك سرعة حركته،

just by looking.

بمجرد النظر إليها.

No need to flip through at all.

ليس هناك من داعٍ لنقلب بينها على الإطلاق.

The edge of this flip book

حافة كتاب التقليب هذا

is known as a space-time diagram

تدعى بمخطط الزمكان

of Andrew's journey through, you guessed it,

لرحلة أندرو، كما حزرتم،

space and time.

الزمان والمكان.

We call the line that represents Andrew's journey

ندعوا الخط الممثل لحركة أندرو

his world line.

بخط عالمه.

If i jog instead of walking,

لو هرولت بدلاً من أن أمشي،

I might be able to get past a fence post every second.

فمن المحتمل أن أتمكن من تخطي نهاية السياج كل ثانية.

He's not very athletic.

إنه ليس رياضياً جداً.

Anyway, when we look at this new flip book from the edge,

على كل حال، عندما ننظر إلى حافة كتاب التقليب الجديد هذا،

we can do the same analysis as before.

يمكننا أن نقوم بنفس التحليل الذي قمنا به من قبل.

The world line for Andrew jogging

خط عالم أندرو وهو يهرول

is more tilted over

مائلٌ أكثر

than the world line for Andrew walking.

من خط عالمه وهو يمشي.

We can tell he's going twice as fast as before

يمكننا أن نعرف أنه يتحرك بضعفي سرعته من قبل

without flipping the panels.

من دون أن نقلب اللوحات.

But here's the clever bit.

لكن إليك الجزء الذكي.

In physics, it's always good to view things from other perspectives.

في الفيزياء، من الجيد دائماً أن نستعرض الأشياء من منظورات مختلفة.

After all, the laws of physics

فعلى الرغم من كل شيء، يجب على قوانين الفيزياء

should be the same for everyone

أن تكون ثابتةً بالنسبة للجميع

or no one will obey them.

وإلا لن يخضع لها أحد.

So let's rethink our cartoon

إذاً لنعد التفكير برسمنا

and have the camera follow Andrew jogging along

ولنجعل الكاميرا تتتبع أندرو وهو يركض

as the fence posts approach and pass behind him.

وأعمدة السياج تقترب وتبتعد عنه.

Still viewing it as a flip book of panels,

لا نزال نعرضها ككتاب تقليب من اللوحات،

we don't need to redraw anything.

ولسنا بحاجة إلى إعادة رسم أي شيء.

We simply move all of the cutout frames slightly

كل ما علينا القيام به هو أن نحرك كل الإطارات المقصوصة قليلاً

until Andrew's tilted world line

حتى يصبح خط عالم أندرو المائل

becomes completely vertical.

عموديا تماما.

To see why, let's flip it.

لمعرفة سبب ذلك ، لنقلبهم .

Yes, now I'm stationery, just jogging on the spot,

أجل، الآن أنا في مكاني، أهرول في مكاني،

in the center of the panel.

في منتصف اللوحة.

On the edge of the flip book,

من حافة كتاب التقليب،

my world line was going straight upwards.

كان خط عالمي يتجه إلى الأعلى بشكل مستقيم.

The fence posts are coming past me.

وأعمدة السياج تجتازني.

It's now their world lines that are tilted.

أصبحت الآن خطوط عالمهم هي المائلة.

This rearrangement of the panels is known as a

تغيير ترتيب اللوحات هذا يعرف باسم

Galilean transformation,

التحول الغاليلي،

and it lets us analyze physics from someeone else's perspective.

ويسمح لنا بتحليل الفيزياء من منظور شخصٍ آخر.

In this case, mine.

وفي هذه الحالة، منظوري أنا.

After all, it's always good to see things from other points of view,

وفي النهاية، من الجيد دوماً أن نشاهد الأمور من وجهات نظر أخرى،

especially when the viewers are moving

خصوصاً عندما يتحرك المشاهدون

at different speeds.

بسرعات مختلفة.

So long as the speeds aren't too high.

طالما أن السرعات ليست عالية جداً.

If you're a cosmic ray moving at the speed of light,

فإذا كنت شعاعاً كونياً تتحرك بسرعة الضوء،

our flip book of your point of view falls apart.

يفشل كتاب التقليب خاصتنا لمنظورك.

To stop that from happening,

ولمنع حدوث ذلك،

we'll have to glue panels together.

علينا أن نلصق اللوحات ببعض.

Instead of a stack of separate panels,

عوضاً عن مجموعة من اللوحات المنفصلة،

we'll need a solid block of space-time,

سنحتاج إلى وحدة صلبة من الزمكان،

which we'll come to in the next animation.

والتي سوف نأتي على ذكرها في الفلم التالي.