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

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Tal Dekkers

Space: it's where things happen.

המרחב: שם הדברים קורים.

Time: it's when things happen.

זמן: שם הדברים מתרחשים.

We can measure where things are

אנחנו יכולים למדוד איפה דברים קורים

and when things take place,

ומתי דברים מתרחשים,

but in modern physics,

אבל בפיזיקה המודרנית,

we realize when and where

אנחנו מבינים שאיפה ומתי

are actually part of the same question.

הם למעשה חלק מאותה שאלה.

Because when it comes to understanding the universe,

מפני שכשזה מגיע להבנה של היקום,

we need to replace three-dimensional space plus time

אנחנו צריכים להחליף את המרחב התלת מימדי ועוד זמן

with a single concept:

לרעיון יחיד:

four-dimensional space-time.

מרחב זמן ארבע מימדי.

We'll explore and explain space-time

אנחנו נחקור ונסביר את המרחב-זמן

in this series of animations.

בסדרה הזו של אנימציות.

Animations?

אנימציות?

Yeah.

ברור.

Well, we're not very animated are we?

ובכן, אנחנו לא ממש מאויירים נכון?

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

ברור שכן! תראו, אני יכול לעבור מפה לפה.

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

וואה! איך עברת מפה לשם?

How fast did you go?

כמה מהר נעת?

Did you run? Walk?

האם רצת? הלכת?

Did you even go in a straight line?

האם בכלל הלכת בקו ישר?

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

אה! כדי לענות על זה, אתם תצטרכו שקריקטורת הפיזיקה

look more like physics physics.

תראה יותר כמו פיזיקה פיזיקה.

You'll need more panels.

אתם תצטרכו יותר פנלים.

More panels, please!

יותר פנלים, בבקשה!

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

אוקיי, בכל פנל, אנדרו נמצא במיקום מעט שונה.

So I can see each one records

אז אני יכול לראות כל תיעוד יחיד

where Andrew is at a different time.

בו אנדרו נמצא בזמן אחר.

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

זה נפלא. אבל זה יהיה הרבה יותר פשוט לראות

what's going on if we could cut out

מה קורה אם היינו יכולים לחתוך

all the hundreds of panels and stack them up

את כל מאות הפנלים ולערום אותם

like a flip book.

כמו ספר דפדוף.

Right, now let's flip through the book

עכשיו, בואו נדפדף בספר

so that we can see one panel after another

כך שנוכל לראות פנל אחד אחרי השני

getting through 24 in every second.

ונעבור דרך 24 כל שניה.

See! I told you it was an animation.

תראו! אמרתי לכם שזו אנימציה.

Now you can see me walking along.

עכשיו אתם יכולים לראות אותי הולך.

Drawing all those panels and putting them into a flip book

לצייר את כל הפנלים האלה ולשים אותם בספר דפדוף

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

זו רק דרך אחת להקליט את הדרך בה אני זז.

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

כך אנימציה או אפילו סרטים, עובדים.

As it turns out, at my walking speed,

כמו שזה מתברר, במהירות ההליכה שלי,

it takes two seconds to get past each fence post,

זה לוקח שתי שניות כדי לעבור כל עמוד גדר,

and they're spaced four meters apart.

והם מרווחים במרווח של בערך ארבע מטר.

So we can calculate my velocity --

אז אנחנו יכולים לחשב את המהירות שלי --

how fast I'm moving through space - -

באיזו מהירות אני נע בחלל --

is two meters per second.

זה שני מטר בשניה.

But I could've worked that out from the panels

אבל לא יכולתי לחשב את זה מהפנלים

without flipping through them.

בלי לדפדף בינהם.

From the edge of the flip book,

מקצה ספר הדפדוף,

you can see all of the copies of the fence posts

אתם יכולים לראות את כל ההעתקים של עמודי הגדר

and all of the copies of Andrew

וכל העותקים של אנדרו

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

והוא במיקום מעט שונה בכל אחד.

Now we can predict everything that will happen to Andrew

עכשיו אנחנו יכולים לחזות כל מה שיקרה לאנדרו

when we flip through 24 pages every second,

כשאנחנו יכולים לדפדף ב 24 תמונות בשניה,

including his speed of motion,

כולל מהירות התנועה,

just by looking.

רק על ידי הסתכלות.

No need to flip through at all.

לא צריך לדפדף בכולם.

The edge of this flip book

הקצה של ספר הדפדוף הזה

is known as a space-time diagram

ידוע כדיאגרמת מרחב-זמן

of Andrew's journey through, you guessed it,

של המסע של אנדרו דרך, ניחשתם נכון,

space and time.

המרחב והזמן.

We call the line that represents Andrew's journey

אנחנו קוראים לקו שמייצג את המסע של אנדרו

his world line.

קו העולם שלו.

If i jog instead of walking,

אם ארוץ במקום ללכת,

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

אולי אני אהיה מסוגל לעבור עמוד גדר כל שניה.

He's not very athletic.

הוא לא מאוד אתלטי.

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

בכל אופן, כשאנחנו מביטים בספר הדפדוף החדש הזה מהקצה,

we can do the same analysis as before.

אנחנו יכולים לעשות את אותה אנליזה כמו מקודם.

The world line for Andrew jogging

קו העולם לריצה של אנדרו

is more tilted over

יותר נטוי

than the world line for Andrew walking.

מאשר קו העולם של ההליכה של אנדרו.

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

אנחנו יכולים לראות שהוא נע פי שתיים יותר מהר

without flipping the panels.

בלי לדפדף בפנלים.

But here's the clever bit.

אבל הנה החלק החכם.

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

בפיזיקה, זה תמיד טוב לראות דברים מנקודות מבט שונות.

After all, the laws of physics

אחרי הכל, החוקים של הפיזיקה

should be the same for everyone

צריכים להיות זהים לכולם

or no one will obey them.

או שאף אחד לא יציית להם.

So let's rethink our cartoon

אז בואו נחשוב מחדש על הקריקטורה שלנו

and have the camera follow Andrew jogging along

וניקח את המצלמה לעקוב אחרי אנדרו רץ

as the fence posts approach and pass behind him.

כשעמודי הגדר מתקרבים ועוברים מאחוריו.

Still viewing it as a flip book of panels,

עדיין רואים את זה כספר דפדוף של פנלים,

we don't need to redraw anything.

אנחנו לא צריכים לצייר שום דבר מחדש.

We simply move all of the cutout frames slightly

אנחנו פשוט מזיזים את כל הפריימים החתוכים מעט

until Andrew's tilted world line

עד שקו העולם המשופע של אנדרו

becomes completely vertical.

הופך לאנכי לגמרי.

To see why, let's flip it.

כדי לראות למה, בואו נדפדף בו.

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

כן, עכשיו אני נייח, פשוט רץ על הנקודה,

in the center of the panel.

במרכז הפנל.

On the edge of the flip book,

בקצה ספר הדפדוף,

my world line was going straight upwards.

קו העולם שלי עלה ישר למעלה.

The fence posts are coming past me.

עמודי הגדר עוברים על פני.

It's now their world lines that are tilted.

זה עכשיו העולם שלהם שמוטה.

This rearrangement of the panels is known as a

הארגון מחדש הזה של פנלים ידוע

Galilean transformation,

כטרנספורמציה גלילאית,

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

והיא מאפשרת לנו לנתח פיזיקה מנקודת מבט של מישהו אחר.

In this case, mine.

במקרה הזה, שלי.

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

אחרי הכל, זה תמיד טוב לראות דברים מנקודת מבט אחרת,

especially when the viewers are moving

בעיקר כשהצופים נעים

at different speeds.

במהירויות שונות.

So long as the speeds aren't too high.

כל עוד המהירויות לא גבוהות מדי.

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

אם אתם קרן קוסמית שנעה במהירות האור,

our flip book of your point of view falls apart.

ספר הדפדוף שלנו של נקודת המבט שלכם מתפרק.

To stop that from happening,

כדי לעצור את זה מלקרות,

we'll have to glue panels together.

אנחנו נצטרך להדביק פנלים יחד.

Instead of a stack of separate panels,

במקום ערמה של פנלים נפרדים,

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

אנחנו נצטרך בלוק קשיח של מרחב-זמן,

which we'll come to in the next animation.

שאליו נגיע באנימציה הבאה.