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

Основи на пространство-времето: Част 2 - Андрю Понцен и Том Уайнти

Translator: Kitchka Dyankova Reviewer: Anton Hikov

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

Светлината е най-бързото нещо във Вселената,

but we can still measure its speed

но все пак можем да измерим скоростта ѝ.

if we slow down the animation,

Ако забавим анимацията,

we can analyze light's motion using

можем да анализираме движението на светлината,

a space-time diagram,

като използваме диаграма на пространство-времето,

which takes a flipbook of animation panels,

която представлява книжка с анимирани страници,

and turns them on their side.

обърната настрана.

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

В този урок ще добавим единствения експериментален факт –

that whenever anyone measures just how fast light moves,

всеки път, когато някой измери колко бързо се движи светлината,

they get the same answer:

полученият отговор е един и същ –

299,792,458 meters every second,

299 792 458 метра в секунда,

which means that when we draw light

което означава, че когато рисуваме светлина

on our space-time diagram,

в пространство-времевата си диаграма,

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

световната ѝ линия винаги трябва да бъде под един и същ ъгъл.

But we saw previously that speed,

Но дотук видяхме, че скоростта

or equivalently world line angles,

или с други думи ъглите на световните линии,

change when we look at things from

се променят, щом погледнем нещата

other people's perspective.

от чужда гледна точка.

To explore this contradiction,

За да изследваме това противоречие,

let's see what happens if I start moving

нека да видим какво ще се случи, ако аз започна да се движа,

while I stand still and shine the laser at Tom.

докато съм неподвижен и насочвам лазера към Том.

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

Първо трябва да начертаем пространствено-времевата диаграма.

Yes, that means taking all of

Да, това означава да вземем всички

the different panels showing the different moments in time

различни картинки, показващи различни моменти във времето

and stacking them up.

и да ги натрупаме една върху друга.

From the side, we see the world line

Отстрани виждаме световната линия

of the laser light at its correct fixed angle,

на светлината от лазера под верния постоянен ъгъл,

just as before.

точно както преди.

So far, so good.

Дотук добре.

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

Но тази диаграма на пространство-времето представя гледната точка на Андрю.

What does it look like to me?

Как би изглеждала за мен?

In the last lesson, we showed

В предния урок показахме

how to get Tom's perspective moving all the panels

как да получим перспективата на Том, като преместим мъничко всички картинки

along a bit until his world line is completely vertical.

едновременно, докато световната му линия стане съвсем вертикална.

But look carefully at the light world line.

Но погледнете внимателно световната линия на светлината.

The rearrangement of the panels

Пренареждането на картинките

means it's now tilted over too far.

означава, че сега тя е прекалено наклонена.

I'd measure light traveling faster than Andrew would.

Аз бих възприел светлината като по-бърза в сравнение с Андрю.

But every experiment we've ever done,

Но при всички експерименти, които някога сме правили,

and we've tried very hard,

а ние сме опитвали много сериозно,

says that everyone measures light to have a fixed speed.

светлината има постоянна скорост.

So let's start again.

Нека да започнем отначало.

In the 1900s, a clever chap named Albert Einstein

В началото на 20 век, един умен човек на име Албърт Айнщайн

worked out how to see things properly,

открил как да виждаме правилно нещата

from Tom's point of view,

от гледната точка на Том

while still getting the speed of light right.

и в същото време скоростта на светлината да е вярна.

First, we need to glue together the separate panels

Първо, трябва да залепим една за друга отделните картинки

into one solid block.

в един плътен блок.

This gives us our space-time,

Това е нашето пространство-време –

turning space and time into

пространството и времето, превърнати в

one smooth, continuous material.

гладкa, непрекъснатa материя.

And now, here is the trick.

И ето тук е номерът.

What you do is stretch your block of space-time

Това, което правим е да разтеглим блока пространство-време

along the light world line,

по протежение на световната линия на светлината,

then squash it by the same amount,

после го смачкваме също толкова,

but at right angles to the light world line,

но в правилния ъгъл спрямо световната линия на светлината

and abracadabra!

и абракадабра!

Tom's world line has gone vertical,

Световната линия на Том е станала вертикална,

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

т.е. това е светът от неговата гледна точка,

but most importantly,

но най-важното –

the light world line has never changed its angle,

световната линия на светлината изобщо не е променила ъгъла си

and so light will be measured by Tom

и светлината ще бъде възприета от Том

going at the correct speed.

с вярната ѝ скорост.

This superb trick is known as

Този блестящ трик е известен като

a Lorentz transformation.

трансформация на Лоренц.

Yeah, more than a trick.

Да, не е просто трик.

Slice up the space-time into

Разрежете пространство-времето на

new panels and you have

нови тънки слоеве и ще получите

the physically correct animation.

вярната анимация от физична гледна точка.

I'm stationary in the car,

Аз съм неподвижен в колата,

everything else is coming past me

всичко останало минава покрай мен

and the speed of light

и скоростта на светлината

works out to be that same fixed value

има все същата постоянна стойност,

that we know everyone measures.

която всички са измерили.

On the other hand,

От друга страна

something strange has happened.

се е случило нещо странно.

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

Стълбовете на оградата вече не са на метър един от друг

and my mom will be worried

и мама ще се разтревожи,

that I look a bit thin.

че изглеждам леко отслабнал.

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

Но това не е честно. Защо аз не изглеждам по-слаб?

I thought physics was supposed to be the same

Мислех, че физиката трябва да е една и съща

for everyone.

за всички.

Yes, no, it is, and you do.

Да, не, тя е една и съща и ти си слаб.

All that stretching and squashing

Цялото това разтегляне и смачкване

of space-time has just muddled together

на пространство-времето просто е разбъркало

what we used to think of separately

нещата, които сме свикнали да възприемаме поотделно

as space and time.

като време и пространство.

This particular squashing effect

Този специфичен смачкващ ефект

is known as Lorentz contraction.

е познат като контракция на Лоренц.

Okay, but I still don't look thin.

Добре, но аз все още не изглеждам слаб.

No, yes, you do.

Не, да, изглеждаш.

Now that we know better about space-time,

Сега, когато познаваме по-добре пространство-времето,

we should redraw

трябва да прерисуваме

what the scene looked like to me.

сцената от моя гледна точка.

To you, I appear Lorentz contracted.

За теб аз изглеждам Лоренцово-свит.

Oh but to you, I appear Lorentz contracted.

О, а за теб аз се явявам Лоренцово-свит.

Yes.

Да.

Uh, well, at least it's fair.

Е, да, поне е честно.

And speaking of fairness,

Като говорим за справедливост,

just as space gets muddled with time,

точно както пространството се размива с времето,

time also gets muddled with space,

времето също се размива в пространството

in an effect known as time dilation.

в един ефект, познат като забавяне на времето.

No, at everyday speeds,

При всекидневните скорости,

such as Tom's car reaches,

каквито достига колата на Том,

actually all the effects are much, much smaller

всички ефекти всъщност са много, много по-слаби,

than we've illustrated them.

отколкото ги описахме.

Oh, yet, careful experiments,

И все пак, прецизни експерименти,

for instance watching the behavior of tiny particles

като поведението на миниатюрните частици,

whizzing around the Large Hadron Collider

обикалящи с голяма скорост в Големия адронен ускорител,

confirmed that the effects are real.

са потвърдили, че ефектите са реални.

And now that space-time is

Щом пространство-времето е

an experimentally confirmed part of reality,

експериментално доказана част от реалността,

we can get a bit more ambitious.

можем да станем малко по-амбициозни.

What if we were to start playing

Ами ако започнем да си играем

with the material of space-time itself?

със самата тъкан на пространство-времето?

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

Ще разберем всичко за нея в следващата анимация.