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

Основи на пространство-времето: Част 1 - Андрю Понцен и Том Уайнти

Translator: Kitchka Dyankova Reviewer: Anton Hikov

Space: it's where things happen.

Пространство - там, където се случват нещата.

Time: it's when things happen.

Време - кога нещата се случват.

We can measure where things are

Можем да измерим къде са нещата

and when things take place,

и кога се случват,

but in modern physics,

но от съвременната физика

we realize when and where

разбираме, че кога и къде

are actually part of the same question.

всъщност са части от един и същ въпрос.

Because when it comes to understanding the universe,

Защото, за да разберем Вселената,

we need to replace three-dimensional space plus time

трябва да заменим триизмерното пространство плюс времето

with a single concept:

с една единствена идея:

four-dimensional space-time.

четириизмерно пространство-време.

We'll explore and explain space-time

Ще изследваме и обясняваме пространство-времето

in this series of animations.

в тази поредица от анимации.

Animations?

Анимации?

Yeah.

Да.

Well, we're not very animated are we?

Е, не сме много раздвижени, нали?

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

Разбира се, че сме! Виж, мога да отида от тук до тук.

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

Ехаа! Как стигна от тук до там?

How fast did you go?

Колко бързо се движеше?

Did you run? Walk?

Тича ли? Или вървя?

Did you even go in a straight line?

В права линия ли се движеше?

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

А! За да отговорим, ще трябва да преправим нашата рисувана физика,

look more like physics physics.

за да прилича повече на физичната физика.

You'll need more panels.

Ще ни трябват още картинки.

More panels, please!

Още картинки, моля!

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

Добре, на всяка картинка Андрю е на малко по-различно място.

So I can see each one records

Виждам, че всяка от тях е запис

where Andrew is at a different time.

на местоположението на Андрю в различен момент от времето.

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

Това е чудесно. Но би било по-лесно да видим

what's going on if we could cut out

какво става, ако изрежем

all the hundreds of panels and stack them up

стотиците картинки и ги наредим еднa върху другa,

like a flip book.

като книжка за прелистване.

Right, now let's flip through the book

Готово, нека сега да прелистим книжката,

so that we can see one panel after another

така че да виждаме страница след страница,

getting through 24 in every second.

минавайки през 24 страници за секунда.

See! I told you it was an animation.

Видяхте ли? Казах ви, че е анимация.

Now you can see me walking along.

Сега ме виждате как ходя.

Drawing all those panels and putting them into a flip book

Рисуването на всички тези картинки и събирането им в книжка

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

е просто един от начините да запиша пътя, който съм изминал.

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

По този начин се прави анимацията и дори филмите.

As it turns out, at my walking speed,

Oказва се, че с моята скорост на ходене

it takes two seconds to get past each fence post,

ми отнема две секунди да мина покрай всеки стълб от оградата,

and they're spaced four meters apart.

а стълбовете са през четири метра.

So we can calculate my velocity --

Т.е. можем да изчислим, че скоростта ми –

how fast I'm moving through space - -

бързината на движението ми в пространството –

is two meters per second.

е два метра в секунда.

But I could've worked that out from the panels

Но аз можех да я изчисля от картинките

without flipping through them.

и без да ги прелиствам.

From the edge of the flip book,

По ръба на книжката

you can see all of the copies of the fence posts

се виждат всички стълбове от оградата

and all of the copies of Andrew

и всички образи на Андрю,

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

който всеки път е на малко по-различно място.

Now we can predict everything that will happen to Andrew

Сега можем да предвидим всичко, което ще му се случи,

when we flip through 24 pages every second,

когато прелистваме 24 страници в секунда,

including his speed of motion,

включително скоростта му на движение,

just by looking.

като само гледаме.

No need to flip through at all.

Изобщо няма нужда да прелистваме.

The edge of this flip book

Ръбът на тази книжка

is known as a space-time diagram

се нарича пространствено-времева диаграма

of Andrew's journey through, you guessed it,

на пътуването на Андрю през, досетихте се,

space and time.

пространството и времето.

We call the line that represents Andrew's journey

Линията, която представя пътя на Андрю, наричаме

his world line.

негова световна линия.

If i jog instead of walking,

Ако тичам вместо да вървя,

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

мога да минавам покрай стълб от оградата всяка секунда.

He's not very athletic.

Той не е много атлетичен.

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

Както и да е, ако прелистим новата книжка по ръба,

we can do the same analysis as before.

ще направим същия анализ като преди.

The world line for Andrew jogging

Световната линия на тичащия Андрю

is more tilted over

е по-наклонена

than the world line for Andrew walking.

от световната линия на ходещия Андрю.

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

Можем да кажем, че той се движи два пъти по-бързо от преди

without flipping the panels.

без да прелистваме страниците.

But here's the clever bit.

Но ето и хитрината.

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

Във физиката винаги е добре да разглеждаме нещата от други перспективи.

After all, the laws of physics

Все пак, законите на физиката

should be the same for everyone

би трябвало да са еднакви за всички

or no one will obey them.

или никой няма да им се подчинява.

So let's rethink our cartoon

Затова, нека да преосмислим анимацията си и

and have the camera follow Andrew jogging along

да накараме камерата да следва Андрю, докато тича

as the fence posts approach and pass behind him.

и стълбовете на оградата го приближават и подминават.

Still viewing it as a flip book of panels,

Разглеждайки отново книжката за разлистване,

we don't need to redraw anything.

няма нужда да прерисуваме нищо.

We simply move all of the cutout frames slightly

Просто преместваме леко всички изрязани рамки,

until Andrew's tilted world line

докато изкривената световна линия на Андрю

becomes completely vertical.

не стане съвсем вертикална.

To see why, let's flip it.

За да разберем защо, нека да разлистим.

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

Да, сега съм неподвижен, просто тичам на място

in the center of the panel.

в центъра на картинката.

On the edge of the flip book,

По ръба на книжката

my world line was going straight upwards.

световната ми линия върви право нагоре.

The fence posts are coming past me.

Стълбовете на оградата минават покрай мен.

It's now their world lines that are tilted.

Сега техните световни линии са изкривени.

This rearrangement of the panels is known as a

Това пренареждане на картинките е известно като

Galilean transformation,

трансформация на Галилей

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

и ни позволява да анализираме физиката от гледната точка на някой друг.

In this case, mine.

В този случай - от моята гледна точка.

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

Все пак, добре е винаги да разглеждаме нещата от други гледни точки,

especially when the viewers are moving

особено щом наблюдателите се движат

at different speeds.

с различни скорости.

So long as the speeds aren't too high.

Докато скоростите не станат прекалено високи.

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

Ако сте космически лъч, който се движи със скоростта на светлината,

our flip book of your point of view falls apart.

книжката ни с вашата гледна точка ще се разпадне.

To stop that from happening,

За да предотвратим това,

we'll have to glue panels together.

ще трябва да залепим картинките една за друга.

Instead of a stack of separate panels,

Вместо купчина отделни картинки,

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

ще ни трябва солиден блок пространство-време,

which we'll come to in the next animation.

който ще разгледаме в следващата анимация.