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

공간-시간의 기본원칙: 파트2 - 앤드류 폰첸과 탐 와인디(Andrew Pontzen andTom Whyntie)

번역: Sehyun Kim 검토: Jeong-Lan Kinser

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

빛: 그것은 우주에서 가장 빠른 것이지만,

but we can still measure its speed

우리는 그 속도를 측정할 수 있죠.

if we slow down the animation,

만일 에니메이션을 늦추면,

we can analyze light's motion using

우리는 빛의 움직임을

a space-time diagram,

공간-시간 도표를 사용하여,

which takes a flipbook of animation panels,

즉 애니메이션패널을 플립북형태로,

and turns them on their side.

옆으로 넘기게 하면 말이죠.

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

이번 강의에서는 우리는 간단한 실험적 사실을 추가할 것인데

that whenever anyone measures just how fast light moves,

언제든지, 누구나, 빛이 얼마나 빨리 움직이는지 측정할 때는,

they get the same answer:

그들이 같은 답을 얻는다는 것이죠:

299,792,458 meters every second,

초속299,792,458미터,

which means that when we draw light

그게 의미하는 것은,

on our space-time diagram,

우리가 공간-시간도표에 빛을 그릴때,

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

세계의 선은 항상 같은 각으로 나타낸다는 거죠.

But we saw previously that speed,

하지만 우리가 그속도나,

or equivalently world line angles,

또는 동등하게, 세계선의 각도를 예전에 보았다면,

change when we look at things from

우리가 다른 사람들의 시각으로 사물들을 볼 때는

other people's perspective.

바뀝니다.

To explore this contradiction,

이 모순을 알아보기 위해,

let's see what happens if I start moving

내가 서있는 상태에서 톰에게 불을 밝히고

while I stand still and shine the laser at Tom.

내가 움직이기 시작한다면 어떤일들이 일어나는지 알아봅시다.

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

우선, 우리는 공간-시간 도표를 구성해야합니다.

Yes, that means taking all of

그래요, 그것이 의미하는 것은

the different panels showing the different moments in time

시간상 각각 다른 순간을 보이는 패널들 전부를

and stacking them up.

쌓아올린다는 것입니다.

From the side, we see the world line

측면에서, 우리는 방금전에

of the laser light at its correct fixed angle,

적절히 고정된 각도에서 레이저광의

just as before.

세계선을 봅니다.

So far, so good.

지금까지는 순조로워요.

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

하지만 그 공간-시간도표는 앤드류의 관점을 재현합니다.

What does it look like to me?

제게는 그게 어떠한 모습으로 보일까요?

In the last lesson, we showed

이전 강의에서는,

how to get Tom's perspective moving all the panels

톰의 세계선이 완전히 수직이 될 때까지

along a bit until his world line is completely vertical.

모든 패널들을 약간씩 움직이면서, 어떻게 탐의 관점을 얻을 수 있는지 보여드렸죠.

But look carefully at the light world line.

하지만 그 세계선에 있는 빛을 주의해서 보세요.

The rearrangement of the panels

패널들의 재배열은

means it's now tilted over too far.

그게 이제 너무 멀리 기울여졌다는것을 의미합니다.

I'd measure light traveling faster than Andrew would.

저는 앤드류가 한 것 보다 더 빠르게 빛의 움직임을 측정 하려합니다.

But every experiment we've ever done,

하지만 우리가 한 모든 실험들이,

and we've tried very hard,

우리가 매우 열심히 노력한 그것들이 나타내는 것은,

says that everyone measures light to have a fixed speed.

모두가, 빛을 고정속도로 측정했다는 것입니다.

So let's start again.

그러니, 다시 시작해봅시다.

In the 1900s, a clever chap named Albert Einstein

1900년대에, 영리한 남자인, 알버트 아인슈타인은

worked out how to see things properly,

어떻게 사물들을 적절히 볼수있는지 알아냈죠,

from Tom's point of view,

톰의 관점에서,

while still getting the speed of light right.

빛의 속도로 움직이면서도 말이죠.

First, we need to glue together the separate panels

우선, 분리된 패널들을

into one solid block.

한개의 단단한 덩어리로 붙혀야 합니다.

This gives us our space-time,

이렇게 하는것은 우리에게 공간-시간을 주고,

turning space and time into

그 공간과 시간을

one smooth, continuous material.

하나의 부드럽고, 선형적인 물질로 바꿉니다.

And now, here is the trick.

그리고 자, 여기에 요령이 있습니다.

What you do is stretch your block of space-time

당신이 그 공간-시간 덩어리를

along the light world line,

광 세계선을 따라 늘어뜨리고,

then squash it by the same amount,

그다음에는 같은 양만큼 압력을 가하지만,

but at right angles to the light world line,

광 세계선에 직각으로하면,

and abracadabra!

수리수리마수리 (Abracadabra)!

Tom's world line has gone vertical,

톰의 세계선은 수직으로 되었어요,

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

그래서 이것은 그의 관점에서 본 세계선을 재현하는데,

but most importantly,

가장 중요한 것은,

the light world line has never changed its angle,

광 세계선의 각도는 전혀 변하지 않아서,

and so light will be measured by Tom

탐에 의해 측정된 빛은

going at the correct speed.

바른 속도일 것입니다.

This superb trick is known as

이 탁월한 요령은

a Lorentz transformation.

로렌츠의 변형으로 알려져있습니다.

Yeah, more than a trick.

맞아요, 요령 이상이죠.

Slice up the space-time into

공간-시간을 새로운 패널로

new panels and you have

나누면 당신은

the physically correct animation.

물리적으로 바른 에니매이션을 갖습니다.

I'm stationary in the car,

제가 차안에서 움직이지 않고,

everything else is coming past me

다른 모든것이 저를 통과하면

and the speed of light

빛의 속도는

works out to be that same fixed value

그 고정된 값과 같도록 수립되죠,

that we know everyone measures.

즉 우리가 아는, 모두가 측정하는 값이 되죠.

On the other hand,

다른 한편으로는,

something strange has happened.

무언가 이상한 일들이 일어났습니다.

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

담장기둥은 더 이상 1미터 간격으로 떨어져 있지 않고,

and my mom will be worried

그리고 엄마는

that I look a bit thin.

제가 좀 말랐다고 걱정할 것입니다.

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

하지만 그것은 공평하지 않아요, 왜 제가 날씬해 보이지 앉죠?

I thought physics was supposed to be the same

제 생각에 물리학은 모두에게나 똑같이

for everyone.

적용되는 것이라 생각했어요.

Yes, no, it is, and you do.

그렇죠, 아녜요, 그리고 당신도 그래요.

All that stretching and squashing

그 모든 공간-시간의 늘어뜨기기와 압좌하기는

of space-time has just muddled together

그냥 함께 얽혀있죠,

what we used to think of separately

우리가 시간과 공간을

as space and time.

분리해서 생각하곤 했던 그것들이요.

This particular squashing effect

이 특정한 압좌효과는

is known as Lorentz contraction.

로렌츠의 수축으로 알려져 있습니다.

Okay, but I still don't look thin.

그래요, 하지만 저는 여전히 날씬하게 보이지 않아요.

No, yes, you do.

아녜요, 그래요, 날씬해 보여요.

Now that we know better about space-time,

공간-시간시간에 대해서 더욱 잘 알게 되었으니,

we should redraw

우리는 이제

what the scene looked like to me.

그 장면이 제게 무엇으로 보였는지를 수정해야 합니다.

To you, I appear Lorentz contracted.

당신에게는, 나는 로렌츠의 수축으로 보이죠.

Oh but to you, I appear Lorentz contracted.

오, 하지만 당신에게는, 내가 로렌츠의 수축으로 보여요.

Yes.

그래요.

Uh, well, at least it's fair.

어, 글쎄요, 최소한 공정하군요.

And speaking of fairness,

공정성에 대해 얘기한다면,

just as space gets muddled with time,

공간은 단지 시간과 얽혀있고,

time also gets muddled with space,

시간 또한 공간과 얽혀지는데,

in an effect known as time dilation.

그건 시간 지연이라고 알려져 있는 효과안에서 그렇게 됩니다.

No, at everyday speeds,

아뇨, 일상적인의 속도는,

such as Tom's car reaches,

톰의 차가 도착하는 것처럼

actually all the effects are much, much smaller

실제로, 모든 효과들이 점점 작아집니다

than we've illustrated them.

우리가 그것들을 묘사한것과 비교해서요.

Oh, yet, careful experiments,

오, 그럼에도,주의깊은 실험을 통해

for instance watching the behavior of tiny particles

거대한 하드론 충돌기를

whizzing around the Large Hadron Collider

조그마한 입자들이 그주위를 윙윙대며 돌아다니는것을

confirmed that the effects are real.

확인함으로서 그 효과가 사실이라는것을 확인했죠.

And now that space-time is

자, 이제, 공간-시간은

an experimentally confirmed part of reality,

실험적으로 확인된 실제의 일부분이며,

we can get a bit more ambitious.

우리는 좀 더 야심을 가질수있게 됬죠.

What if we were to start playing

우리가 공간-시간의

with the material of space-time itself?

물질들을 가지고 놀아본다면 어떨까요?

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

다음 에니메이션에서 그걸 알아볼것입니다.