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

Les bases de l'espace-temps : Première partie - Andrew Pontzen et Tom Whyntie

Traducteur: Elisabeth Buffard Relecteur: Nhu PHAM

Space: it's where things happen.

L'espace : c'est là que ça bouge.

Time: it's when things happen.

Le temps : c'est quand tout se passe.

We can measure where things are

Nous pouvons mesurer où les choses sont

and when things take place,

et quand les choses se déroulent,

but in modern physics,

mais dans la physique moderne,

we realize when and where

nous nous rendons compte que quand et où

are actually part of the same question.

font réellement partie de la même question.

Because when it comes to understanding the universe,

Parce que quand il s'agit de comprendre l'univers,

we need to replace three-dimensional space plus time

nous devons remplacer l'espace à trois dimensions plus le temps

with a single concept:

par un concept unique :

four-dimensional space-time.

l'espace-temps à quatre dimensions.

We'll explore and explain space-time

Nous allons explorer et expliquer l'espace-temps

in this series of animations.

dans cette série d'animations.

Animations?

Animations ?

Yeah.

Oui.

Well, we're not very animated are we?

Eh bien, nous ne sommes pas très animés, pas vrai ?

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

Bien sûr que si ! Regardez, je peux aller d'ici à ici.

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

Waouh ! Comment êtes-vous passé d'ici à là ?

How fast did you go?

À quelle vitesse êtes-vous allé ?

Did you run? Walk?

Avez-vous couru ? Marché ?

Did you even go in a straight line?

Êtes-vous même allé en ligne droite ?

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

Ah ! Pour y répondre, il va falloir que notre physique de dessin animé

look more like physics physics.

ressemble plus à de la vraie physique.

You'll need more panels.

Vous aurez besoin de plus de vignettes.

More panels, please!

Plus de vignettes, s'il vous plaît !

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

Bon, dans chaque vignette, Andrew est dans un endroit légèrement différent.

So I can see each one records

Ainsi je peux voir que chacun d'entre eux enregistre

where Andrew is at a different time.

où Andrew est à une heure différente.

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

C'est super. Mais il serait plus facile de voir

what's going on if we could cut out

ce qu'il se passe si on pouvait découper

all the hundreds of panels and stack them up

toutes les centaines de vignettes et les empiler

like a flip book.

comme un folioscope.

Right, now let's flip through the book

Bon, maintenant, nous allons feuilleter le livre

so that we can see one panel after another

afin de pouvoir voir une vignette après l'autre

getting through 24 in every second.

à la vitesse de 24 par seconde.

See! I told you it was an animation.

Vous voyez ! Je vous avais dit que c'était une animation.

Now you can see me walking along.

Maintenant vous pouvez me voir me promener

Drawing all those panels and putting them into a flip book

Dessiner toutes ces vignettes et en faire un folioscope

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

est juste une façon d'enregistrer la façon dont je me déplace.

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

C'est comme ça que l'animation, ou même les films, fonctionnent.

As it turns out, at my walking speed,

Il s'avère que, à la vitesse à laquelle je marche,

it takes two seconds to get past each fence post,

Il faut deux secondes pour franchir chaque poteau de clôture,

and they're spaced four meters apart.

et ils sont espacés de quatre mètres.

So we can calculate my velocity --

On peut donc calculer que ma vitesse --

how fast I'm moving through space - -

à quelle vitesse je me déplace dans l'espace --

is two meters per second.

est de deux mètres par seconde.

But I could've worked that out from the panels

Mais j'aurais pu trouver ça à partir des vignettes

without flipping through them.

sans les feuilleter.

From the edge of the flip book,

Du bord du folioscope,

you can see all of the copies of the fence posts

vous pouvez voir toutes les copies des poteaux de la clôture

and all of the copies of Andrew

et toutes les copies d'Andrew

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

et il est dans un endroit légèrement différent dans chacune d'elle.

Now we can predict everything that will happen to Andrew

On peut maintenant prévoir tout ce qui va arriver à Andrew

when we flip through 24 pages every second,

quand on feuillete 24 pages par seconde,

including his speed of motion,

y compris sa vitesse de déplacement,

just by looking.

rien qu'en regardant.

No need to flip through at all.

Pas besoin de tout feuilleter

The edge of this flip book

On appelle le bord de ce folioscope

is known as a space-time diagram

le diagramme d'espace-temps

of Andrew's journey through, you guessed it,

du parcours d'Andrew, vous l'aurez deviné,

space and time.

à travers l'espace et le temps.

We call the line that represents Andrew's journey

On appelle la ligne qui représente le voyage d'Andrew

his world line.

sa ligne d'univers.

If i jog instead of walking,

Si j'ai au lieu de marcher, je trottine,

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

je pourrais être capable de franchir un poteau de la clôture à chaque seconde.

He's not very athletic.

Il n'est pas très sportif.

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

De toute façon, quand on regarde ce nouveau folioscope depuis le bord,

we can do the same analysis as before.

on peut faire la même analyse qu'avant.

The world line for Andrew jogging

La ligne d'univers pour Andrew quand il trottine

is more tilted over

est plus inclinée

than the world line for Andrew walking.

que la ligne d'univers pour Andrew quand il marche.

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

On peut dire qu'il va deux fois plus vite qu'avant

without flipping the panels.

sans feuilleter les vignettes.

But here's the clever bit.

Mais voici le truc.

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

En physique, il est toujours bon de voir les choses sous d'autres perspectives.

After all, the laws of physics

Après tout, les lois de la physique

should be the same for everyone

devraient être les mêmes pour tout le monde

or no one will obey them.

ou personne ne va leur obéir.

So let's rethink our cartoon

Nous allons donc repenser notre dessin animé

and have the camera follow Andrew jogging along

et faire que la caméra suive Andrew quand il trottine

as the fence posts approach and pass behind him.

alors que les poteaux de la clôture approchent et passent derrière lui.

Still viewing it as a flip book of panels,

Toujours en visionnant ça comme un folioscope de vignettes,

we don't need to redraw anything.

on n'a pas besoin de redessiner quoi que ce soit.

We simply move all of the cutout frames slightly

On déplace simplement tous les cadres découpés légèrement

until Andrew's tilted world line

jusqu'à ce que la ligne d'univers inclinée d'Andrew

becomes completely vertical.

devienne complètement verticale.

To see why, let's flip it.

Pour voir pourquoi, nous allons feuilleter.

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

Oui, maintenant je suis stationnaire, je trottine sur place,

in the center of the panel.

au centre de la vignette.

On the edge of the flip book,

Sur le bord du folioscope,

my world line was going straight upwards.

ma ligne d'univers allait tout droit vers le haut.

The fence posts are coming past me.

Les poteaux de clôture passent devant moi.

It's now their world lines that are tilted.

C'est maintenant leurs lignes d'univers qui sont inclinées.

This rearrangement of the panels is known as a

Ce réarrangement des vignettes est appelé

Galilean transformation,

une transformation galiléenne,

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

et il nous permet d'analyser la physique depuis d'autres points de vue.

In this case, mine.

Dans ce cas, le mien.

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

Après tout, il est toujours bon de voir les choses sous d'autres angles.

especially when the viewers are moving

surtout quand ceux qui regardent se déplacent

at different speeds.

à des vitesses différentes.

So long as the speeds aren't too high.

Tant que les vitesses ne sont pas trop élevées.

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

Si vous êtes un rayon cosmique se déplaçant à la vitesse de la lumière,

our flip book of your point of view falls apart.

notre folioscope de votre point de vue s'écroule.

To stop that from happening,

Pour empêcher que ça se produise,

we'll have to glue panels together.

il va falloir coller les vignettes ensemble.

Instead of a stack of separate panels,

Au lieu d'une pile de vignettes distinctes,

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

il va nous falloir un bloc solide d'espace-temps,

which we'll come to in the next animation.

dont nous vous parleront dans l'animation suivante.