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

Οι βασικές αρχές του χωροχρόνου: Μέρος 1- Άντριου Πόντζεν και Τομ Γουάιντι.

Μετάφραση: Toula Papapantou Επιμέλεια: Stefanos Reppas

Space: it's where things happen.

Χώρος: είναι εκεί που συμβαίνουν τα πράγματα.

Time: it's when things happen.

Χρόνος: είναι πότε συμβαίνουν πράγματα.

We can measure where things are

Μπορούμε να μετρήσουμε πού είναι τα πράγματα

and when things take place,

και πότε συμβαίνουν,

but in modern physics,

αλλά στη σύγχρονη φυσική,

we realize when and where

καταλαβαίνουμε ότι το πότε και το πού

are actually part of the same question.

είναι στην πραγματικότητα όψεις του ίδιου ερωτήματος.

Because when it comes to understanding the universe,

Διότι όταν πρόκειται για την κατανόηση του σύμπαντος,

we need to replace three-dimensional space plus time

πρέπει να αντικαταστήσουμε τον τρισδιάστατο χώρο συν τον χρόνο

with a single concept:

με μια απλή έννοια:

four-dimensional space-time.

τετραδιάστατο χωροχρόνο.

We'll explore and explain space-time

Θα εξερευνήσουμε και θα εξηγήσουμε το χωροχρόνο

in this series of animations.

με αυτές τις κινούμενες απεικονίσεις.

Animations?

Κινούμενες απεικονίσεις;

Yeah.

Ναι.

Well, we're not very animated are we?

Δεν είμαστε κινούμαστε και πολύ, έτσι δεν είναι;

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

Και βέβαια κινούμαστε! Κοιτάξτε, μπορώ να πάω από εδώ εδώ.

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

Στάσου! Πώς πας από εδώ εκεί;

How fast did you go?

Πόσο γρήγορα πήγες;

Did you run? Walk?

Έτρεξες; Περπάτησες;

Did you even go in a straight line?

Μήπως πήγες σε ευθεία γραμμή;

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

Α! Για να απαντήσουμε πρέπει να κάνουμε τη φυσική των κινουμένων σχεδίων

look more like physics physics.

να μοιάζει περισσότερο με φυσική φυσικής.

You'll need more panels.

Θα χρειαστείτε περισσότερα πάνελ.

More panels, please!

Περισσότερα πάνελ, παρακαλώ!

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

Εντάξει, σε κάθε πάνελ, ο Άντριου είναι σε μια διαφορετική θέση.

So I can see each one records

΄Ετσι μπορώ να δω κάθε καταγραφή

where Andrew is at a different time.

που ο Άντριου βρίσκεται σε διαφορετικό χρόνο.

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

Ωραία. Θα ήταν όμως ευκολότερο να δω

what's going on if we could cut out

τι συμβαίνει αν μπορούσαμε να κόψουμε

all the hundreds of panels and stack them up

όλες τις εκατοντάδες των πάνελ και τα ενώσουμε

like a flip book.

σαν ένα φιλοσκόπιο.

Right, now let's flip through the book

Ωραία, ας φυλλομετρήσουμε τώρα το βιβλίο

so that we can see one panel after another

έτσι ώστε να βλέπουμε το ένα πάνελ μετά το άλλο

getting through 24 in every second.

περνώντας 24 το δευτερόλεπτο.

See! I told you it was an animation.

Βλέπετε! Σας είπα ότι ήταν απεικόνιση.

Now you can see me walking along.

Τώρα με βλέπετε που περπατώ.

Drawing all those panels and putting them into a flip book

Ζωγραφίζοντας όλα αυτά τα πάνελ και τοποθετώντας τα σε ένα φιλοσκόπιο

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

είναι απλώς ένας τρόπος καταγραφής του τρόπου που κινούμαι.

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

Έτσι δουλεύουν οι απεικονίσεις και οι ταινίες.

As it turns out, at my walking speed,

Φαίνεται ότι, με την ταχύτητα που περπατώ,

it takes two seconds to get past each fence post,

χρειάζονται δυο δευτερόλεπτα για να περάσω από κάθε στύλο του φράχτη,

and they're spaced four meters apart.

και απέχουν μεταξύ τους τέσσερα μέτρα.

So we can calculate my velocity --

Μπορούμε λοιπόν να υπολογίσουμε την ταχύτητά μου--

how fast I'm moving through space - -

πόσο γρήγορα κινούμαι στον χώρο--

is two meters per second.

είναι δύο μέτρα το δευτερόλεπτο.

But I could've worked that out from the panels

Θα μπορούσα ωστόσο να το υπολογίσω από τα πάνελ

without flipping through them.

χωρίς να τα φυλλομετρήσω.

From the edge of the flip book,

Από την άκρη του φιλοσκοπίου,

you can see all of the copies of the fence posts

βλέπετε όλα τα αντίγραφα των στύλων του φράχτη

and all of the copies of Andrew

και όλα τα αντίγραφα του 'Αντριου

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

και στο καθένα από αυτά είναι σε ελαφρώς διαφορετική θέση.

Now we can predict everything that will happen to Andrew

Τώρα μπορούμε να προβλέψουμε τα πάντα που θα συμβούν στον Άντριου

when we flip through 24 pages every second,

όταν φυλλομετρήσουμε 24 σελίδες το δευτερόλεπτο,

including his speed of motion,

συμπεριλαμβανομένης και της ταχύτητας κίνησης

just by looking.

απλώς κοιτώντας.

No need to flip through at all.

Δε χρειάζεται να το φυλλομετρήσουμε.

The edge of this flip book

Η άκρη αυτού του φιλοσκόπιου

is known as a space-time diagram

είναι γνωστή ως διάγραμμα του χωροχρόνου

of Andrew's journey through, you guessed it,

του ταξιδιού του Άντριου μέσα, καλά μαντέψατε,

space and time.

στο χώρο και το χρόνο.

We call the line that represents Andrew's journey

Τη γραμμή αυτή που αντιπροσωπεύει το ταξίδι του Αντριου

his world line.

την ονομάζουμε γραμμή του κόσμου του.

If i jog instead of walking,

Αν κάνω τζόκινγκ αντί να περπατώ

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

μπορεί να μπορώ να περνώ έναν στύλο του φράχτη κάθε δευτερόλεπτο.

He's not very athletic.

Δεν είναι και τόσο αθλητικός τύπος.

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

Όπως και να 'χει, όταν κοιτάμε αυτό το νέο φιλοσκόπιο από την άκρη

we can do the same analysis as before.

μπορούμε να έχουμε την ίδια ανάλυση με την προηγούμενη.

The world line for Andrew jogging

Η γραμμή του κόσμου του Άντριου που κάνει τζόκινγκ

is more tilted over

έχει μεγαλύτερη κλίση εδώ

than the world line for Andrew walking.

από τη γραμμή του κόσμου του Άντριου που περπατά.

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

Μπορούμε να υπολογίσουμε ότι είναι δύο φορές γρηγορότερος από πριν

without flipping the panels.

χωρίς να φυλλομετρούμε.

But here's the clever bit.

Ορίστε και η έξυπνη πλευρά.

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

Στη φυσική, είναι πάντα καλό να βλέπουμε τα πράγματα από άλλες οπτικές.

After all, the laws of physics

Εξάλλου, οι νόμοι της φυσικής

should be the same for everyone

θα έπρεπε να είναι ίδιοι για όλους

or no one will obey them.

αλλιώς κανείς δε τους υπακούει.

So let's rethink our cartoon

Ας ξανασκεφτούμε λοιπόν το κινούμενο σχέδιό μας

and have the camera follow Andrew jogging along

και η κάμερα να ακολουθεί τον Άντριου καθώς κάνει τζόκινγκ

as the fence posts approach and pass behind him.

καθώς πλησιάζουν οι στύλοι και περνούν πίσω του.

Still viewing it as a flip book of panels,

Συνεχίζουμε να το βλέπουμε σαν φιλοσκόπιο,

we don't need to redraw anything.

και δε χρειάζεται να ξανασχεδιάσουμε τίποτα.

We simply move all of the cutout frames slightly

Απλά μετακινούμε ελαφρά όλα τα κομμένα πλαίσια

until Andrew's tilted world line

μέχρι που η κεκλιμένη γραμμή του κόσμου του Άντριου

becomes completely vertical.

γίνει εντελώς κάθετη.

To see why, let's flip it.

Ας το φυλλομετρήσουμε για να δούμε το γιατί.

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

Ναι, τώρα μένω σταθερός, απλώς κάνω τζόκινγκ επιτόπου,

in the center of the panel.

στο κέντρο του πάνελ.

On the edge of the flip book,

Στην άκρη του βιβλίου έκθεσης,

my world line was going straight upwards.

η γραμμή του κόσμου μου είχε ανοδική πορεία

The fence posts are coming past me.

Οι στύλοι του φράχτη με περνάνε.

It's now their world lines that are tilted.

Τώρα η γραμμή του δικού του κόσμου που έχει κλίση.

This rearrangement of the panels is known as a

Αυτή η αναδιανομή των πάνελ είναι γνωστή ως

Galilean transformation,

ο μετασχηματισμός του Γαλιλαίου,

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

και μας επιτρέπει να αναλύουμε τη φυσική από τη σκοπιά κάποιου άλλου.

In this case, mine.

Σε αυτή την περίπτωση, από τη δική μου.

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

Εξάλλου, πάντα είναι καλό να βλέπουμε τα πράγματα από άλλες σκοπιές,

especially when the viewers are moving

ιδιαίτερα όταν οι θεατές κινούνται

at different speeds.

με διαφορετικές ταχύτητες.

So long as the speeds aren't too high.

Όσο βέβαια οι ταχύτητες δεν είναι πολύ υψηλές.

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

Αν είστε μια κοσμική ακτίνα που κινείται με την ταχύτητα του φωτός,

our flip book of your point of view falls apart.

το φιλοσκόπιό μας διαλύεται από τη δική σας σκοπιά.

To stop that from happening,

Για να μη συμβεί αυτό,

we'll have to glue panels together.

θα πρέπει να ενώσουμε τα πάνελ.

Instead of a stack of separate panels,

Αντί για μια δέσμη ξεχωριστών πάνελ,

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

θα χρειαστούμε ένα συμπαγές σώμα χωροχρόνου,

which we'll come to in the next animation.

που θα συναντήσουμε στην επόμενη κινούμενη απεικόνιση.