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

پایه و اساس فضا-زمان: قسمت ۲ - اندرو پونتستن و تام وینتی

Translator: sadegh zabihi Reviewer: masoud paktinat

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

نور: سریع‌ترین چیز جهان است،

but we can still measure its speed

اما هنوز هم اگر سرعت انیمیشن را کم کنیم

if we slow down the animation,

می‌توانیم سرعت آن را محاسبه کنیم،

we can analyze light's motion using

ما می‌توانیم با استفاده

a space-time diagram,

از یک نمودار فضا-زمان حرکت نور را تحلیل کنیم،

which takes a flipbook of animation panels,

که یک کتاب تصویر متحرک از تابلوها است

and turns them on their side.

که از لبه کناری دیده می‌شود.

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

در این درس، یک واقعیت تجربی را مطرح می‌کنیم

that whenever anyone measures just how fast light moves,

که هر وقت کسی سرعت نور را محاسبه کند،

they get the same answer:

جواب یکسانی می‌گیرد:

299,792,458 meters every second,

۲۹۹٫۷۹۲٫۴۵۸ متر در هر ثانیه،

which means that when we draw light

که یعنی وقتی نور را

on our space-time diagram,

در نمودار فضا-زمان می‌کشیم،

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

خط جهانی آن باید همیشه با یک زاویه ثابت کشیده شود.

But we saw previously that speed,

اما پیش از این دیدیم که سرعت،

or equivalently world line angles,

یا زاویه خط جهانی متناظر،

change when we look at things from

با تغییر زاویه دید

other people's perspective.

عوض می‌شوند.

To explore this contradiction,

برای تجربه این تناقض،

let's see what happens if I start moving

بیایید ببینیم چه می‌شود اگر من شروع به حرکت کنم

while I stand still and shine the laser at Tom.

در حالی که من ثابت ایستاده‌ام و لیزر را به تام می‌تابانم.

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

اول از همه بابد نمودار فضا-زمان را بسازیم.

Yes, that means taking all of

بله، یعنی تمام

the different panels showing the different moments in time

تابلوهای متفاوت نشان دهنده لحظات مختلف زمان را برداریم

and stacking them up.

و به هم بچسبانیم.

From the side, we see the world line

از کنار، خط جهانی نور لیزر را

of the laser light at its correct fixed angle,

با زاویه ثابت و صحیح آن می‌بینیم،

just as before.

درست مثل قبل.

So far, so good.

تا اینجا که خوب بود.

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

اما این نمودار فضا-زمان نقطه نظر اندرو را نشان می‌دهد.

What does it look like to me?

برای من چه شکلی است؟

In the last lesson, we showed

در درس قبل، نشان دادیم

how to get Tom's perspective moving all the panels

چطور با جابجا کردن تمام صفحات

along a bit until his world line is completely vertical.

تا جایی که خط جهانی او کاملاً عمودی شود نقطه نظر او را ببینیم.

But look carefully at the light world line.

اما به خط جهانی نور دقت کنید.

The rearrangement of the panels

بازچینی صفحات

means it's now tilted over too far.

یعنی حالا بیش از اندازه کج شده است.

I'd measure light traveling faster than Andrew would.

من سرعت نور را بیشتر از اندرو احساس می‌کنم.

But every experiment we've ever done,

اما در هر آزمایشی که کرده‌ایم،

and we've tried very hard,

و خیلی هم تلاش کرده‌ایم،

says that everyone measures light to have a fixed speed.

همه سرعت نور را مقداری ثابت اندازه گرفته‌اند.

So let's start again.

پس بیایید دوباره شروع کنیم.

In the 1900s, a clever chap named Albert Einstein

در دهه ۱۹۰۰، جوانکی باهوش به نام آلبرت انیشتین

worked out how to see things properly,

فهمید چطور همه چیز را از نقطه نظر تام

from Tom's point of view,

درست ببینیم،

while still getting the speed of light right.

در حالی که سرعت نور به درستی به دست بیاید.

First, we need to glue together the separate panels

اول باید صفحات مختلف را به هم بچسبانیم

into one solid block.

تا به بلوکی یکپارچه برسیم.

This gives us our space-time,

این فضا-زمان را به ما می‌دهد،

turning space and time into

و فضا و زمان را

one smooth, continuous material.

به ماده‌ای یکنواخت و پیوسته تبدیل می‌کند.

And now, here is the trick.

و حالا، ترفند این است.

What you do is stretch your block of space-time

کاری که می‌کنیم این است که بلوک فضا-زمان را

along the light world line,

در طول خط جهانی نور می‌کشیم،

then squash it by the same amount,

سپس به همان اندازه آن را فشار می‌دهیم

but at right angles to the light world line,

منتها در جهت عمود بر خط جهانی نور،

and abracadabra!

و اجی مجی لا ترجی!

Tom's world line has gone vertical,

خط جهانی تام عمودی شده است،

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

پس این جهان را از نقطه نظر او به نمایش می‌گذارد،

but most importantly,

اما از همه مهم‌تر،

the light world line has never changed its angle,

شیب خط جهانی نور هرگز تغییر نکرده است،

and so light will be measured by Tom

پس سرعت حرکت نور

going at the correct speed.

توسط تام هم به درستی اندازه‌گیری می‌شود.

This superb trick is known as

این ترفند عالی

a Lorentz transformation.

به نام تبدیل لورنتس شناخته می‌شود.

Yeah, more than a trick.

بله، بیش از یک ترفند.

Slice up the space-time into

فضا-زمان را

new panels and you have

به صفحاتی جدید تقسیم می‌کند

the physically correct animation.

و همه آنها از نظر فیزیکی تصویر درستی ارائه می‌دهند.

I'm stationary in the car,

من در ماشین ثابت هستم،

everything else is coming past me

و همه چیزهای دیگر از کنار من در حال عبورند

and the speed of light

و سرعت نور

works out to be that same fixed value

همان مقدار ثابتی است

that we know everyone measures.

که می‌دانیم همه اندازه گرفته‌اند.

On the other hand,

از طرف دیگر،

something strange has happened.

اتفاق عجیبی افتاده است.

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

دیگر نرده‌ها یک متر با هم فاصله ندارند،

and my mom will be worried

و مامانم نگران می‌شود

that I look a bit thin.

که این‌قدر باریک شده‌ام.

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

اما منصفانه نیست. چرا من نباید باریک‌تر شوم؟

I thought physics was supposed to be the same

من فکر می‌کردم قرار بود فیزیک

for everyone.

برای همه یکسان باشد.

Yes, no, it is, and you do.

بله، نه، هست، تو هم هستی.

All that stretching and squashing

همه آن فشردن‌ها و کشیدن‌های فضا-زمان

of space-time has just muddled together

چیزی را که قبلاً به صورت مجزا

what we used to think of separately

به عنوان فضا و زمان می‌شناختیم را

as space and time.

در هم آمیخته است.

This particular squashing effect

این تأثیر خاص فشردگی،

is known as Lorentz contraction.

به نام تناقض لورنتس شناخته می‌شود.

Okay, but I still don't look thin.

باشه، ولی من هنوز لاغر به نظر نمی‌رسم.

No, yes, you do.

نه، چرا، به نظر می‌رسی.

Now that we know better about space-time,

حالا که فضا-زمان را بهتر می‌شناسیم،

we should redraw

باید دوباره تصویر را

what the scene looked like to me.

از دید من بکشیم.

To you, I appear Lorentz contracted.

برای تو، من دچار تناقض لورنتس به نظر می‌رسم.

Oh but to you, I appear Lorentz contracted.

اوه اما برای تو، من دچار تناقض لورنتس به نظر می‌رسم.

Yes.

بله.

Uh, well, at least it's fair.

آه، خوب، حداقل عادلانه بود.

And speaking of fairness,

و حال که حرف از عدالت شد،

just as space gets muddled with time,

همان‌طور که فضا در زمان مخلوط می‌شود،

time also gets muddled with space,

در پدیده‌ای که آماس زمان نام دارد،

in an effect known as time dilation.

همچنین زمان هم در فضا مخلوط می‌شود.

No, at everyday speeds,

نه در سرعت‌های روزمره،

such as Tom's car reaches,

مثل سرعت ماشین تام،

actually all the effects are much, much smaller

در واقع تمام تأثیرات خیلی خیلی از آنچه نشان دادیم

than we've illustrated them.

کوچک‌تر هستند.

Oh, yet, careful experiments,

اما هنوز هم آزمایش‌های دقیق،

for instance watching the behavior of tiny particles

برای مشاهده رفتار آنی ذرات کوچک

whizzing around the Large Hadron Collider

که در شتاب‌دهنده بزرگ هادرون می‌چرخند

confirmed that the effects are real.

واقعیت این آثار را تأیید می‌کنند.

And now that space-time is

و حالا که فضا-زمان

an experimentally confirmed part of reality,

بخشی از واقعیت تجربی شده است،

we can get a bit more ambitious.

می‌توانیم کمی بیشتر جاه‌طلبی کنیم.

What if we were to start playing

چه می‌شد اگر می‌خواستیم

with the material of space-time itself?

با خود ماده فضا-زمان بازی کنیم؟

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

در انیمیشن بعدی خواهیم فهمید.