The fundamentals of space-time: Part 2 - Andrew Pontzen and Tom Whyntie

أساسيات الزمكان: الجزء الثاني - أندرو بونتزن وتوم واينتاي

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

Light: it's the fastest thing in the universe,

الضوء: هو أسرع شيء في الكون،

but we can still measure its speed

لكن لا يزال باستطاعتنا قياس سرعته

if we slow down the animation,

لو خففنا سرعة الرسوم المتحركة،

we can analyze light's motion using

يمكننا أن نحلل حركة الضوء باستخدام

a space-time diagram,

مخطط الزمكان،

which takes a flipbook of animation panels,

والذي يستخدم كتاب تقليب من ألواح الرسوم المتحركة،

and turns them on their side.

ويقلبه على جنبه.

In this lesson, we'll add the single experimental fact

في هذا الدرس، سنضيف حقيقة تجريبية واحدة

that whenever anyone measures just how fast light moves,

أنه وفي أي وقت يقوم أحد ما بقياس سرعة الضوء،

they get the same answer:

سيحصل على الجواب نفسه:

299,792,458 meters every second,

299,792,458 مترًا في كل ثانية،

which means that when we draw light

مما يعني أننا عندما نرسم الضوء

on our space-time diagram,

على مخطط الزمكان خاصتنا،

it's world line always has to appear at the same angle.

يجب أن يكون لخط العالم خاصته الزاوية نفسها دومًا.

But we saw previously that speed,

لكننا شاهدنا سابقًا أن السرعة،

or equivalently world line angles,

أو مكافؤها زاوية خط العالم،

change when we look at things from

تتغير عندما ننظر إلى الأمور من

other people's perspective.

منظور أشخاص آخرين.

To explore this contradiction,

لاستكشاف هذا التناقض،

let's see what happens if I start moving

لنشاهد ماذا يحصل إذا بدأت بالتحرك

while I stand still and shine the laser at Tom.

بينما أقف وأسلط الليزر على توم.

First, we'll need to construct the space-time diagram.

أولًا، علينا أن ننشئ مخطط الزمكان.

Yes, that means taking all of

أجل، هذا يعني أن نأخذ كل

the different panels showing the different moments in time

اللوحات المختلفة التي تعرض اللحظات المختلفة من الوقت

and stacking them up.

ونضعها فوق بعضها البعض.

From the side, we see the world line

من الجانب نرى خط العالم

of the laser light at its correct fixed angle,

لضوء الليزر في زاويته الصحيحة الثابتة،

just as before.

كما هو الحال من قبل.

So far, so good.

حتى الآن الأمور جيدة.

But that space-time diagram represents Andrew's perspective.

لكن مخطط الزمكان ذلك يمثل نظرة أندرو.

What does it look like to me?

كيف ستبدو بالنسبة لي؟

In the last lesson, we showed

في الدرس السابق عرضنا كيفية

how to get Tom's perspective moving all the panels

الحصول على منظور توم بتحريك كل اللوحات

along a bit until his world line is completely vertical.

قليلًا حتى يصبح خط عالمه عموديًا تمامًا.

But look carefully at the light world line.

لكن انظر بعناية إلى خط عالم الضوء.

The rearrangement of the panels

إعادة ترتيب اللوحات

means it's now tilted over too far.

يعني أنها ستميل كثيرًا.

I'd measure light traveling faster than Andrew would.

وسأقيس حركة الضوء أسرع مما يقيسه أندرو.

But every experiment we've ever done,

لكن كل التجارب التي قمنا بها،

and we've tried very hard,

ولقد حاولنا بشدة،

says that everyone measures light to have a fixed speed.

تؤكد لنا أن سرعة الضوء ثابتة عند كل من قاسه.

So let's start again.

إذًا لنبدأ من جديد.

In the 1900s, a clever chap named Albert Einstein

في القرن العشرين، كان عالم ذكي يدعى ألبرت آينشتاين

worked out how to see things properly,

يعمل على كيفية رؤية الأشياء بشكل صحيح،

from Tom's point of view,

من منظور توم،

while still getting the speed of light right.

والحصول على سرعة الضوء بشكل صحيح.

First, we need to glue together the separate panels

أولًا، علينا أن نقوم بإلصاق اللوحات المختلفة سوية

into one solid block.

لتشكل قالبًا واحدًا صلبًا.

This gives us our space-time,

وهذا يعطينا الزمكان خاصتنا،

turning space and time into

بتحويل المكان والزمان

one smooth, continuous material.

إلى مادة واحدة متواصلة بشكل سلس.

And now, here is the trick.

والآن، إليك الخدعة.

What you do is stretch your block of space-time

ما عليك فعله هو تمديد كتلة الزمكان خاصتك

along the light world line,

مع خط العالم الخاص بالضوء،

then squash it by the same amount,

ثم قم بهرسه بنفس الكمية،

but at right angles to the light world line,

لكن بزوايا مناسبة لخط عالم الضوء،

and abracadabra!

وإليك النتيجة!

Tom's world line has gone vertical,

أصبح خط عالم توم عموديًا،

so this does represent the world from his point of view,

إذًا هذا يمثل العالم من وجهة نظره،

but most importantly,

لكن الأهم من ذلك،

the light world line has never changed its angle,

لم تتغير زاوية خط عالم الضوء،

and so light will be measured by Tom

إذًا سيقيس توم بشكل صحيح

going at the correct speed.

سرعة الضوء.

This superb trick is known as

هذه الخدعة الرائعة معروفة باسم

a Lorentz transformation.

تحويل لورنتز.

Yeah, more than a trick.

أجل، لكن أكثر من الخدعة.

Slice up the space-time into

قطّع الزمكان إلى

new panels and you have

لوحات جديدة وستحصل على

the physically correct animation.

الحركة الصحيحة فيزيائيًا.

I'm stationary in the car,

أنا ثابت في السيارة،

everything else is coming past me

وكل شيء آخر يتحرك باتجاهي

and the speed of light

وسرعة الضوء

works out to be that same fixed value

بنفس القيمة الثابتة

that we know everyone measures.

التي يعرفها الجميع.

On the other hand,

من ناحية أخرى،

something strange has happened.

حصل شيء غريب.

The fence posts aren't spaced a meter apart anymore,

لم تعد قطع السياج تبعد عن بعضها مترًا واحدًا،

and my mom will be worried

وأمي ستقلق

that I look a bit thin.

لأنني أبدو نحيفًا قليلًا.

But that's not fair. Why don't I get to look thin?

لكن هذا ليس عادلًا. لماذا لا أبدو نحيفًا؟

I thought physics was supposed to be the same

اعتقدت أن الفيزياء من المفترض أن تكون واحدةً

for everyone.

بالنسبة للجميع.

Yes, no, it is, and you do.

أجل، إنها كذلك، وأنت كذلك.

All that stretching and squashing

كل ذلك التمديد والهرس

of space-time has just muddled together

للزمكان شوّش معًا

what we used to think of separately

ما كنّا نفكر فيه بشكل مختلف

as space and time.

على أنه المكان والزمان.

This particular squashing effect

تأثير الهرس هذا بالتحديد

is known as Lorentz contraction.

يعرف باسم انكماش لورنتز.

Okay, but I still don't look thin.

حسنًا، لكني ما زلت لا أبدو نحيفًا.

No, yes, you do.

كلا، أجل أنت كذلك.

Now that we know better about space-time,

بما أننا فهمنا أكثر عن الزمكان،

we should redraw

فعلينا أن نعيد رسم

what the scene looked like to me.

المقطع من وجهة نظري.

To you, I appear Lorentz contracted.

بالنسبة لك أبدو منكمشًا لورنتزيًا.

Oh but to you, I appear Lorentz contracted.

أجل، لكن بالنسبة لك أنا أبدو منكمشًا لورنتزيًا.

Yes.

أجل.

Uh, well, at least it's fair.

حسنًا، على الأقل أصبح الأمر عادلًا.

And speaking of fairness,

بالحديث عن العدل،

just as space gets muddled with time,

في نفس الوقت الذي يتشوش فيه المكان مع الزمان،

time also gets muddled with space,

يتشوش الزمان أيضًا مع المكان،

in an effect known as time dilation.

بتأثير يُعرف بــتمدد الزمان.

No, at everyday speeds,

مع السرعات اليومية،

such as Tom's car reaches,

كسرعة سيارة توم،

actually all the effects are much, much smaller

تكون كل التأثيرات في الواقع أصغر بكثير

than we've illustrated them.

مما بيناه هنا.

Oh, yet, careful experiments,

أجل، لكن الملاحظة الدقيقة،

for instance watching the behavior of tiny particles

كمشاهدة حركة الجزيئات الصغيرة مثلًا

whizzing around the Large Hadron Collider

والتي تدور حول مصادم هادرون كبير

confirmed that the effects are real.

تؤكد أن التأثيرات حقيقية.

And now that space-time is

والآن بما أن الزمكان أصبح

an experimentally confirmed part of reality,

جزءً من الواقع مؤكدًا بالتجربة،

we can get a bit more ambitious.

يمكننا أن نطمح أكثر قليلًا.

What if we were to start playing

ماذا إذا بدأنا باللعب

with the material of space-time itself?

بمادة الزمكان نفسها؟

We'll find out all about that in the next animation.

سنتعرف على كل ما يتعلق بذلك في الحلقة التالية.