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

Fondamenti di spazio-tempo: parte 2 - Andrew Pontzen e Tom Whyntie

Traduttore: Alessandro D'Onofrio Revisore: Anna Cristiana Minoli

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

La luce è la cosa più veloce nell'universo,

but we can still measure its speed

ma è ancora possibile misurarne la velocità.

if we slow down the animation,

Se rallentiamo le immagini,

we can analyze light's motion using

si può analizzare il moto della luce

a space-time diagram,

con un diagramma spazio-tempo

which takes a flipbook of animation panels,

che non è altro che un libro animato

and turns them on their side.

visto dal profilo.

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

In questa lezione, aggiungeremo un dato sperimentale, ovvero

that whenever anyone measures just how fast light moves,

che ogni volta che qualcuno misura la velocità della luce,

they get the same answer:

ottiene la stessa risposta:

299,792,458 meters every second,

299.792.458 metri al secondo.

which means that when we draw light

Ciò vuol dire che quando disegniamo la luce

on our space-time diagram,

nel diagramma spazio-tempo,

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

la sua linea di universo deve avere sempre la stessa angolazione.

But we saw previously that speed,

Ma abbiamo già visto che la velocità,

or equivalently world line angles,

ovvero gli angoli della linea di universo,

change when we look at things from

cambia quando osserviamo le cose

other people's perspective.

dal punto di vista di altre persone.

To explore this contradiction,

Esaminiamo questa contraddizione,

let's see what happens if I start moving

osserviamo cosa succede se inizio a muovermi

while I stand still and shine the laser at Tom.

mentre io resto immobile e punto il laser contro Tom.

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

Prima di tutto, creeremo un diagramma spazio-tempo,

Yes, that means taking all of

cioè prenderemo tutti

the different panels showing the different moments in time

i diversi pannelli per ogni frazione di tempo

and stacking them up.

e li impileremo.

From the side, we see the world line

Da un lato, si vede la linea di universo

of the laser light at its correct fixed angle,

della luce del laser all'angolo fisso corretto,

just as before.

proprio come prima.

So far, so good.

Fin qui tutto bene.

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

Ma quel diagramma spazio-tempo rappresenta la prospettiva di Andrew.

What does it look like to me?

Ma io come lo vedo?

In the last lesson, we showed

Nell'ultima lezione abbiamo dimostrato

how to get Tom's perspective moving all the panels

come fare ad ottenere la prospettiva di Tom spostando di poco

along a bit until his world line is completely vertical.

tutti i pannelli in modo che la sua linea di universo fosse del tutto verticale.

But look carefully at the light world line.

Ma guardate attentamente la linea di universo della luce.

The rearrangement of the panels

Aver riorganizzato i pannelli

means it's now tilted over too far.

l'ha resa troppo inclinata.

I'd measure light traveling faster than Andrew would.

Misurerei una velocità della luce maggiore di quella di Andrew.

But every experiment we've ever done,

Ma ogni esperimento che abbiamo fatto,

and we've tried very hard,

ed erano davvero molti,

says that everyone measures light to have a fixed speed.

dimostra che tutti ottengono una velocità delle luce fissa.

So let's start again.

Allora ricominciamo da capo.

In the 1900s, a clever chap named Albert Einstein

Nel 1900, un tipo sveglio chiamato Albert Einstein

worked out how to see things properly,

ha scoperto come vedere le cose nel modo giusto

from Tom's point of view,

dal punto di vista di Tom

while still getting the speed of light right.

sempre ottenendo correttamente la velocità della luce.

First, we need to glue together the separate panels

Per prima cosa, dobbiamo incollare insieme i singoli pannelli

into one solid block.

in un unico blocco.

This gives us our space-time,

Così otteniamo il nostro spazio-tempo,

turning space and time into

trasformando lo spazio e il tempo

one smooth, continuous material.

in un unico materiale continuo e uniforme.

And now, here is the trick.

Ora, ecco il trucco.

What you do is stretch your block of space-time

Bisogna tendere il blocco di spazio-tempo

along the light world line,

lungo la linea di universo della luce,

then squash it by the same amount,

e successivamente schiacciarlo per lo stesso valore

but at right angles to the light world line,

ma perpendicolarmente alla linea di universo della luce,

and abracadabra!

e abracadabra!

Tom's world line has gone vertical,

La linea di universo di Tom ora è verticale,

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

quindi questa è una rappresentazione del mondo dal suo punto di vista

but most importantly,

ma, cosa più importante,

the light world line has never changed its angle,

la linea di universo della luce non ha mai cambiato il suo angolo,

and so light will be measured by Tom

e quindi Tom misurerà che la luce

going at the correct speed.

viaggia alla velocità corretta.

This superb trick is known as

Questo trucco straordinario è noto come

a Lorentz transformation.

trasformazione di Lorentz.

D'accordo, è più di un trucco.

Yeah, more than a trick.

Slice up the space-time into

Se affettate lo spazio-tempo

new panels and you have

in nuovi pannelli avrete

the physically correct animation.

l'animazione fisicamente corretta.

I'm stationary in the car,

Sono fermo in macchina,

everything else is coming past me

tutto il resto mi passa intorno

and the speed of light

e la velocità della luce

works out to be that same fixed value

corrisponde allo stesso valore fisso

that we know everyone measures.

che come sappiamo, è uguale per tutti.

On the other hand,

Allo stesso tempo

something strange has happened.

è successo qualcosa di strano.

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

le tavole dello steccato non sono più ad un metro l'una dall'altra,

and my mom will be worried

e mia mamma sarebbe preoccupata

that I look a bit thin.

perché sembro dimagrito.

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

Ma non è giusto. Perché io non sembro magro?

I thought physics was supposed to be the same

Pensavo che la fisica fosse uguale

for everyone.

per tutti.

Yes, no, it is, and you do.

Sì, no, lo è, come sai.

All that stretching and squashing

Tutto questo spremere e tirare

of space-time has just muddled together

lo spazio-tempo ha mischiato

what we used to think of separately

cose a cui pensavamo separatamente

as space and time.

come lo spazio e il tempo.

This particular squashing effect

Questo effetto in particolare

is known as Lorentz contraction.

è noto come contrazione di Lorentz.

Okay, but I still don't look thin.

Ok, ma io non sembro magro.

No, yes, you do.

No, sì, invece.

Now that we know better about space-time,

Ora che conosciamo meglio lo spazio-tempo,

we should redraw

dovremmo ridisegnare

what the scene looked like to me.

il modo in cui io vedo la scena.

To you, I appear Lorentz contracted.

Tu mi vedi Lorentz-contratto.

Oh but to you, I appear Lorentz contracted.

Ma anche tu mi vedi Lorentz-contratto.

Yes.

Sì.

Uh, well, at least it's fair.

Beh, così almeno è giusto.

And speaking of fairness,

Parlando di giustizia,

just as space gets muddled with time,

Così come lo spazio si mischia al tempo,

time also gets muddled with space,

il tempo si mischia con lo spazio

in an effect known as time dilation.

creando un effetto chiamato dilatazione del tempo.

No, at everyday speeds,

No, a velocità normali,

such as Tom's car reaches,

come quella della macchina di Tom,

actually all the effects are much, much smaller

gli effetti sono molto, molto ridotti

than we've illustrated them.

di come li abbiamo mostrati.

Oh, yet, careful experiments,

Certo, esperimenti accurati,

come l'osservazione del comportamento di particelle minuscole

for instance watching the behavior of tiny particles

whizzing around the Large Hadron Collider

che sfrecciano nel Large Hadron Collider

confirmed that the effects are real.

hanno confermato che questi effetti sono realtà.

And now that space-time is

Ora che lo spazio-tempo

an experimentally confirmed part of reality,

è parte della realtà e confermato da esperimenti,

we can get a bit more ambitious.

possiamo puntare un po' più in alto.

What if we were to start playing

E se cominciassimo a giocare

with the material of space-time itself?

con il materiale di cui è fatto lo spazio-tempo?

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

Scopriremo tutto nel prossimo episodio animato.