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

I concetti di base dello spazio-tempo: Parte 1 - Andrew Pontzen e Tom Whyntie

Traduttore: Valeria Di Pinto Revisore: Carlo Schiatti

Space: it's where things happen.

Spazio: è dove le cose succedono.

Time: it's when things happen.

Tempo: è quando le cose accadono.

We can measure where things are

Noi possiamo calcolare dove sono le cose

and when things take place,

e quando avvengono,

but in modern physics,

ma nella fisica moderna

we realize when and where

ci rendiamo conto che il quando e il dove

are actually part of the same question.

sono in realtà parte della stessa domanda.

Because when it comes to understanding the universe,

Perché quando si tratta di capire l'universo,

we need to replace three-dimensional space plus time

dobbiamo sostituire lo spazio tridimensionale ed il tempo

with a single concept:

con un unico concetto:

four-dimensional space-time.

lo spazio-tempo quadri-dimensionale.

We'll explore and explain space-time

Esploreremo e spiegheremo lo spazio-tempo

in this series of animations.

in questa serie di animazioni.

Animations?

Animazioni?

Yeah.

Sì.

Well, we're not very animated are we?

Beh, noi non siamo molto animati, vero ?

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

Certo che lo siamo! Guarda, posso andare da qui a qui.

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

Ehi! Come sei arrivato qui?

How fast did you go?

A che velocità andavi?

Did you run? Walk?

Hai corso? Camminato?

Did you even go in a straight line?

Sei perfino andato dritto?

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

Ah! Per rispondere, avrai bisogno di far sembrare

la fisica dei nostri cartoni animati ancor più fisica.

look more like physics physics.

You'll need more panels.

Avrai bisogno di più pannelli

More panels, please!

Più pannelli, per favore!

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

Ok, in ogni pannello, Andrew è in un posto leggermente diverso.

So I can see each one records

Praticamente, ogni pannello mostra la posizione esatta di Andrew

where Andrew is at a different time.

in ciascun istante di tempo.

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

Fantastico. Ma sarebbe più facile vedere

what's going on if we could cut out

cosa sta succedendo se potessimo ritagliare

all the hundreds of panels and stack them up

tutte queste centinaia di pannelli e impilarle

like a flip book.

come in un libro animato.

Right, now let's flip through the book

Giusto, ora sfogliamo questo libro

so that we can see one panel after another

così da vedere i pannelli scorrere uno dopo l'altro

getting through 24 in every second.

al ritmo di 24 per secondo.

See! I told you it was an animation.

Vedi? Te lo dicevo che era animato.

Now you can see me walking along.

Ora puoi vedermi camminare.

Drawing all those panels and putting them into a flip book

Disegnare tutti quei pannelli e metterli nel libro animato

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

è solo una delle tecniche per registrare il modo in cui mi muovo.

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

È così che funzionano le animazioni, e persino i film.

As it turns out, at my walking speed,

Come si vede, alla velocità a cui cammino,

it takes two seconds to get past each fence post,

ci vogliono due secondi per superare ogni paletto della staccionata,

and they're spaced four meters apart.

e ognuno dista quattro metri dal successivo.

So we can calculate my velocity --

Quindi riusciamo a calcolare che la mia velocità --

how fast I'm moving through space - -

quanto veloce mi muovo nello spazio - -

is two meters per second.

è due metri al secondo.

But I could've worked that out from the panels

Ma avrei anche potuto capirlo dai pannelli,

without flipping through them.

senza sfogliarli.

From the edge of the flip book,

Dal bordo del libro animato,

you can see all of the copies of the fence posts

puoi vedere tutte le copie dei paletti della staccionata

and all of the copies of Andrew

e tutte le copie di Andrew

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

e che lui, in ogni pannello, è in un posto leggermente diverso.

Now we can predict everything that will happen to Andrew

In questo modo possiamo prevedere cosa succederà ad Andrew

when we flip through 24 pages every second,

quando sfogliamo 24 pagine al secondo,

including his speed of motion,

compresa la sua velocità di movimento,

just by looking.

semplicemente dando un'occhiata.

No need to flip through at all.

Senza neanche sfogliare.

The edge of this flip book

Il bordo del libro animato

is known as a space-time diagram

può essere visto come un diagramma spazio-tempo

of Andrew's journey through, you guessed it,

del percorso di Andrew attraverso, l'avrete indovinato,

space and time.

spazio e tempo.

We call the line that represents Andrew's journey

Definiamo la linea che rappresenta il percorso di Andrew

his world line.

la sua linea del mondo.

If i jog instead of walking,

Se corro leggermente invece di camminare,

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

dovrei riuscire a superare un paletto della staccionata al secondo.

He's not very athletic.

Non è molto atletico.

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

Comunque, quando guardiamo questo nuovo libro animato dal margine,

we can do the same analysis as before.

possiamo fare le stesse considerazioni di prima.

The world line for Andrew jogging

La linea del mondo di Andrew che fa jogging

is more tilted over

è più inclinata

than the world line for Andrew walking.

della linea del mondo di Andrew che cammina.

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

Rispetto a prima possiamo dire che sta andando al doppio più veloce

without flipping the panels.

senza sfogliare i pannelli.

But here's the clever bit.

Ma ecco la furbata.

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

In fisica, è sempre meglio osservare le cose da altri punti di vista.

After all, the laws of physics

Dopotutto, le leggi fisiche

should be the same for everyone

dovrebbero essere le stesse per tutti

or no one will obey them.

o nessuno le rispetterà.

So let's rethink our cartoon

Quindi, riconsideriamo il nostro cartone animato

and have the camera follow Andrew jogging along

e riprendiamo Andrew mentre fa jogging

as the fence posts approach and pass behind him.

e i paletti della staccionata scorrono via dietro di lui.

Still viewing it as a flip book of panels,

Guardandolo nuovamente come un libro animato

we don't need to redraw anything.

non abbiamo bisogno di ridisegnare alcunché.

We simply move all of the cutout frames slightly

Semplicemente spostiamo di poco i fotogrammi ritagliati

until Andrew's tilted world line

fino a che la linea inclinata del mondo di Andrew

becomes completely vertical.

non diventi completamente verticale.

To see why, let's flip it.

Per vedere perchè, sfogliamolo.

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

Sì, ora sono fermo, faccio jogging sul posto,

in the center of the panel.

al centro del pannello.

On the edge of the flip book,

Sul bordo del libro animato,

my world line was going straight upwards.

la mia linea del mondo stava andando dritta verso l'alto.

The fence posts are coming past me.

I paletti della staccionata mi oltrepassano.

It's now their world lines that are tilted.

Ora sono le loro le linee del mondo ad essere inclinate.

This rearrangement of the panels is known as a

Questa riorganizzazione dei pannelli è conosciuta come una

Galilean transformation,

trasformazione Galileiana,

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

e ci permette di analizzare la fisica dalla prospettiva di qualcun altro.

In this case, mine.

In questo caso, la mia.

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

Dopotutto, è sempre utile vedere le cose da altri punti di vista,

especially when the viewers are moving

specialmente quando chi guarda si sta muovendo

at different speeds.

ad una velocità differente.

So long as the speeds aren't too high.

A patto che tali velocità non siano troppo elevate.

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

Se tu fossi un raggio cosmico che si sta muovendo alla velocità della luce,

our flip book of your point of view falls apart.

il nostro libro animato, dal tuo punto di vista, cadrebbe in pezzi.

To stop that from happening,

Per evitare ciò,

we'll have to glue panels together.

dovremo incollare i pannelli insieme.

Instead of a stack of separate panels,

Invece di una pila di pannelli separati,

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

avremo bisogno di un unico pezzo di spazio-tempo,

which we'll come to in the next animation.

cui arriveremo nella prossima animazione.