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

Princípios fundamentais do espaço-tempo: Parte 1 - Andrew Pontzen e Tom Whyntie

Tradutor: Ruy Lopes Pereira Revisor: Leonardo Silva

Space: it's where things happen.

Espaço: é onde as coisas acontecem.

Time: it's when things happen.

Tempo: é quando as coisas acontecem.

We can measure where things are

Podemos calcular onde as coisas estão

and when things take place,

e quando elas acontecem,

but in modern physics,

mas, na Física moderna,

we realize when and where

percebemos que "quando" e "onde"

are actually part of the same question.

são, na verdade, partes da mesma questão.

Because when it comes to understanding the universe,

Por que, no que se refere a compreender o universo,

we need to replace three-dimensional space plus time

precisamos substituir o espaço tridimensional mais o tempo

with a single concept:

por um único conceito:

four-dimensional space-time.

espaço-tempo quadridimensional.

We'll explore and explain space-time

Vamos explorar e explicar o espaço-tempo

in this series of animations.

nesta série de animações.

Animations?

Animações?

Yeah.

Sim.

Well, we're not very animated are we?

Bem, não estamos muito animados, estamos?

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

Claro que estamos! Veja, posso ir daqui para cá.

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

Opa! Como você foi dali para cá?

How fast did you go?

A que velocidade você fez isso?

Did you run? Walk?

Você correu? Andou?

Did you even go in a straight line?

Seguiu em linha reta?

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

Ah! Para responder isto, será preciso deixar nossa Física de cartum

look more like physics physics.

mais parecida com a Física da Física.

You'll need more panels.

Serão necessários mais quadros.

More panels, please!

Mais quadros, por favor!

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

Certo. Em cada quadro, Andrew está em um lugar ligeiramente diferente.

So I can see each one records

Então, posso ver que cada quadro registra

where Andrew is at a different time.

onde Andrew está em um momento diferente.

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

Isto é ótimo. Mas seria mais fácil ver

what's going on if we could cut out

o que está acontecendo se pudéssemos recortar

all the hundreds of panels and stack them up

todas as centenas de quadros e empilhá-los

like a flip book.

como um flipbook.

Right, now let's flip through the book

Certo, agora vamos folhear o livro

so that we can see one panel after another

para que vejamos um quadro após o outro,

getting through 24 in every second.

passando por 24 quadros a cada segundo.

See! I told you it was an animation.

Veja! Eu disse que era uma animação.

Now you can see me walking along.

Agora você pode me ver andando.

Drawing all those panels and putting them into a flip book

Desenhar todos esses quadros e colocá-los em um flipbook

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

é apenas uma maneira de registrar a forma como me movimento.

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

É assim que a animação e os filmes funcionam.

As it turns out, at my walking speed,

Como se pode ver, à velocidade da minha caminhada,

it takes two seconds to get past each fence post,

leva-se dois segundos para passar em frente a cada estaca da cerca,

and they're spaced four meters apart.

e elas estão a 4 m de distância uma da outra.

So we can calculate my velocity --

Então, podemos calcular minha velocidade

how fast I'm moving through space - -

ao me mover pelo espaço:

is two meters per second.

2 metros por segundo.

But I could've worked that out from the panels

Mas eu poderia ter descoberto isto a partir dos quadros,

without flipping through them.

sem folheá-los.

From the edge of the flip book,

A partir da margem do flipbook,

you can see all of the copies of the fence posts

você pode ver todas as cópias dos postes da cerca

and all of the copies of Andrew

e todas as cópias de Andrew,

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

e ele está em um lugar ligeiramente diferente a cada quadro.

Now we can predict everything that will happen to Andrew

Agora, podemos prever tudo que vai acontecer com Andrew

when we flip through 24 pages every second,

quando folhearmos 24 páginas por segundo,

including his speed of motion,

incluindo sua velocidade de locomoção,

just by looking.

só por olhar.

No need to flip through at all.

Não há necessidade alguma de folhear.

The edge of this flip book

A margem do flipbook

is known as a space-time diagram

é conhecida como um diagrama espaço-tempo

of Andrew's journey through, you guessed it,

da caminhada de Andrew, como você já adivinhou,

space and time.

através do espaço-tempo.

We call the line that represents Andrew's journey

À linha que representa a caminhada de Andrew

his world line.

chamamos de sua linha de universo.

If i jog instead of walking,

Se eu corro devagar, em vez de caminhar,

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

talvez eu consiga ultrapassar uma estaca de cerca por segundo.

He's not very athletic.

Ele não é muito atlético.

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

De qualquer maneira, ao observarmos esse novo flipbook pela margem,

we can do the same analysis as before.

podemos fazer a mesma análise de antes.

The world line for Andrew jogging

A linha de universo para Andrew correndo

is more tilted over

é mais inclinada

than the world line for Andrew walking.

do que a linha do universo para Andrew andando.

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

Podemos afirmar que ele se desloca com o dobro da velocidade anterior,

without flipping the panels.

sem precisarmos folhear os quadros.

But here's the clever bit.

Mas há um detalhe engenhoso.

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

Em Física, é sempre bom olhar as coisas de outras perspectivas.

After all, the laws of physics

Afinal de contas, as leis da Física

should be the same for everyone

devem valer para todos

or no one will obey them.

ou para ninguém.

So let's rethink our cartoon

Então vamos repensar nosso cartum

and have the camera follow Andrew jogging along

e fazer a câmera seguir Andrew enquanto ele corre

as the fence posts approach and pass behind him.

e, assim, as estacas das cercas parecem ir passando por trás dele.

Still viewing it as a flip book of panels,

Ainda considerando tudo como um flipbook de quadros,

we don't need to redraw anything.

nada precisará ser redesenhado.

We simply move all of the cutout frames slightly

Simplesmente deslocamos todos os quadros um pouco

until Andrew's tilted world line

até que a linha de universo de Andrew, que estava inclinada,

becomes completely vertical.

fique completamente na vertical.

To see why, let's flip it.

Para entender por quê, vamos folhear tudo.

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

Sim, agora eu estou estacionário, correndo no mesmo lugar,

in the center of the panel.

no centro do quadro.

On the edge of the flip book,

Na margem do flipbook,

my world line was going straight upwards.

minha linha de universo ficou na vertical.

The fence posts are coming past me.

As estacas da cerca passam por trás de mim.

It's now their world lines that are tilted.

Agora são as linhas de universo das cercas que ficaram inclinadas.

This rearrangement of the panels is known as a

Este rearranjo dos quadros é conhecido como

Galilean transformation,

Transformação de Galileu

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

e nos possibilita analisar a Física de outro ponto de vista diferente do nosso.

In this case, mine.

Neste caso, do meu ponto de vista.

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

Afinal, é sempre bom observar as coisas a partir de outros pontos de vista,

especially when the viewers are moving

especialmente quando os observadores estão em movimento,

at different speeds.

à velocidades diferentes.

So long as the speeds aren't too high.

Desde que as velocidades não sejam muito elevadas.

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

Se você for um raio cósmico viajando à velocidade da luz,

our flip book of your point of view falls apart.

o flipbook do seu ponto de vista fragmenta-se por completo.

To stop that from happening,

Para impedir que isto aconteça,

we'll have to glue panels together.

teremos que colar os quadros uns nos outros.

Instead of a stack of separate panels,

Ao invés de uma pilha de quadro separados,

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

precisaremos de um bloco sólido de espaço-tempo,

which we'll come to in the next animation.

o qual abordaremos em nossa próxima animação.