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

Podstawy czasoprzestrzeni: Część 2 - Andrew Pontzen i Tom Whyntie

Tłumaczenie: Izabela Miśkowicz Korekta: Rysia Wand

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

Światło: to najszybsza rzecz we wszechświecie.

but we can still measure its speed

Jednak możemy zmierzyć jego prędkość.

if we slow down the animation,

Jeśli zwolnimy animację, możemy zobaczyć ruch światła,

we can analyze light's motion using

a space-time diagram,

używając diagramu czasoprzestrzeni, który składa się z płaszczyzn.

which takes a flipbook of animation panels,

and turns them on their side.

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

W tej lekcji udowodnimy, że prędkość światła

jest zawsze taka sama:

that whenever anyone measures just how fast light moves,

they get the same answer:

299,792,458 meters every second,

299 792 458 metrów na sekundę,

co oznacza, że linia światła pojawi się

which means that when we draw light

on our space-time diagram,

na diagramie zawsze pod tym samym kątem.

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

But we saw previously that speed,

Ale jak wcześniej widzieliśmy, prędkość zmienia się,

or equivalently world line angles,

change when we look at things from

kiedy patrzymy na obiekty z perspektywy różnych osób.

other people's perspective.

To explore this contradiction,

By przeanalizować tę sprzeczność,

let's see what happens if I start moving

spójrzmy, co się stanie, kiedy zacznę się ruszać w momencie,

while I stand still and shine the laser at Tom.

gdy ja stoję w miejscu, świecąc w Toma laserem.

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

Musimy zbudować diagram czasoprzestrzeni,

Yes, that means taking all of

co oznacza zebranie wszystkich płaszczyzn,

the different panels showing the different moments in time

które przedstawiają różne momenty w czasie.

and stacking them up.

From the side, we see the world line

Z tej strony widzimy linię światła lasera pod właściwym stałym kątem,

of the laser light at its correct fixed angle,

tak jak wcześniej.

just as before.

So far, so good.

Jak na razie nieźle.

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

Ten diagram przedstawia punkt widzenia Andrew.

What does it look like to me?

Jak to wygląda z mojej perspektywy?

In the last lesson, we showed

W poprzedniej lekcji pokazaliśmy, jak otrzymać perspektywę Toma,

how to get Tom's perspective moving all the panels

przesuwając wszystkie płaszczyzny tak,

along a bit until his world line is completely vertical.

aż linia świata będzie całkowicie pionowa.

But look carefully at the light world line.

Przyjrzyjmy się dokładnie jego linii światła.

The rearrangement of the panels

Zmiana ułożenia płaszczyzn oznacza, że są odchylone za daleko.

means it's now tilted over too far.

I'd measure light traveling faster than Andrew would.

Zmierzyłbym poruszające się światło szybciej niż Andrew.

But every experiment we've ever done,

Jednak wszystkie dotychczasowe próby,

and we've tried very hard,

a bardzo się staraliśmy,

says that everyone measures light to have a fixed speed.

mówiły, że każdy pomiar światła da taką samą, stałą prędkość.

So let's start again.

In the 1900s, a clever chap named Albert Einstein

Na początku XX wieku, pewien bystrzak o imieniu Albert Einstein

worked out how to see things properly,

opracował jak właściwie postrzegać rzeczy.

from Tom's point of view,

Jak właściwie mierzyć prędkość światła z perspektywy Toma.

while still getting the speed of light right.

First, we need to glue together the separate panels

Najpierw musimy złączyć oddzielne płaszczyzny w solidny blok.

into one solid block.

This gives us our space-time,

To tworzy czasoprzestrzeń, przeobrażając przestrzeń i czas

turning space and time into

one smooth, continuous material.

w jedną gładką, ciągłą materię.

And now, here is the trick.

A teraz sedno.

What you do is stretch your block of space-time

Rozciągając blok czasoprzestrzeni wzdłuż linii świata,

along the light world line,

a następnie ściskając ją taką samą jej ilością

then squash it by the same amount,

but at right angles to the light world line,

pod odpowiednimi kątami do linii czasu...

and abracadabra!

czary mary!

Tom's world line has gone vertical,

Linia świata Toma stała się pionowa.

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

Pokazuje to jego punkt widzenia,

but most importantly,

ale co najważniejsze,

the light world line has never changed its angle,

linia światła wcale nie zmieniła kąta,

and so light will be measured by Tom

więc Tom zmierzy światło z właściwą prędkością.

going at the correct speed.

This superb trick is known as

Nazywa się to transformacją Lorentza.

a Lorentz transformation.

Yeah, more than a trick.

To więcej niż sztuczka.

Slice up the space-time into

Dzieląc czasoprzestrzeń na kolejne płaszczyzny

new panels and you have

the physically correct animation.

otrzymujemy fizycznie poprawną animację.

I'm stationary in the car,

Siedzę w samochodzie nieruchomo, mijam wszystko dookoła,

everything else is coming past me

and the speed of light

a prędkość światła ma tę samą stałą wartość,

works out to be that same fixed value

jaką każdy może zmierzyć.

that we know everyone measures.

On the other hand,

Z drugiej strony, stało się coś dziwnego.

something strange has happened.

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

Słupki ogrodzenia nie są już rozmieszczone co 1 metr,

and my mom will be worried

a moja mama będzie się martwić, że jestem wychudzony.

that I look a bit thin.

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

To niesprawiedliwe.

Dlaczego ja nie wyglądam chudo?

I thought physics was supposed to be the same

Myślałem, że fizyka jest niezmienna dla każdego.

for everyone.

Yes, no, it is, and you do.

Jest niezmienna i ty też tak wyglądasz.

All that stretching and squashing

Rozciąganie i ściskanie czasoprzestrzeni

of space-time has just muddled together

miesza się ze sobą to,

what we used to think of separately

co traktowaliśmy oddzielnie jako czas i przestrzeń.

as space and time.

This particular squashing effect

To efekt skrócenia Lorentza.

is known as Lorentz contraction.

Okay, but I still don't look thin.

Ale nadal nie wyglądam chudo.

No, yes, you do.

Wyglądasz.

Now that we know better about space-time,

Poznaliśmy już lepiej czasoprzestrzeń,

we should redraw

narysujmy teraz,

what the scene looked like to me.

jak ta scena wyglądała z mojej perspektywy.

To you, I appear Lorentz contracted.

Z twojej, Lorentz się skurczył.

Oh but to you, I appear Lorentz contracted.

Ale z twojej również.

Yes.

Tak.

Uh, well, at least it's fair.

Przynajmniej to jest sprawiedliwe.

And speaking of fairness,

just as space gets muddled with time,

Kiedy przestrzeń miesza się z czasem,

time also gets muddled with space,

czas również miesza się z przestrzenią,

in an effect known as time dilation.

to efekt dylatacji czasu.

No, at everyday speeds,

W codziennym tempie, takim jakie osiąga auto Toma,

such as Tom's car reaches,

actually all the effects are much, much smaller

wszystkie te efekty są o wiele mniejsze niż je zobrazowaliśmy.

than we've illustrated them.

Oh, yet, careful experiments,

Ale dokładne eksperymenty,

for instance watching the behavior of tiny particles

na przykład obserwowanie maleńkich cząstek

whizzing around the Large Hadron Collider

w Wielkim Zderzaczu Hadronów

confirmed that the effects are real.

potwierdzają, że te efekty są prawdziwe.

And now that space-time is

A skoro czasoprzestrzeń to część rzeczywistości

an experimentally confirmed part of reality,

potwierdzona naukowo,

we can get a bit more ambitious.

będziemy bardziej dociekliwi.

What if we were to start playing

A gdybyśmy zaczęli bawić się materią samej czasoprzestrzeni?

with the material of space-time itself?

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

Tego dowiemy się w następnej prezentacji.