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

Os fundamentos do espaço-tempo: Parte 2 - Andrew Pontzen e Tom Whyntie

Tradutor: Hannah Ximenes Revisor: Ruy Lopes Pereira

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

Luz: é a coisa mais rápida no universo.

but we can still measure its speed

Apesar disto, podemos medir a sua velocidade.

if we slow down the animation,

Se diminuirmos a velocidade da animação,

we can analyze light's motion using

conseguimos analisar o movimento da luz utilizando

a space-time diagram,

um diagrama de espaço-tempo,

which takes a flipbook of animation panels,

utilizando um flipbook de quadros de animação,

and turns them on their side.

e os vira de lado.

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

Nesta aula, vamos adicionar o fato experimental singular

that whenever anyone measures just how fast light moves,

de que sempre que se mede a velocidade da luz,

they get the same answer:

obtém-se o mesmo resultado:

299,792,458 meters every second,

299.792.458 metros por segundo,

which means that when we draw light

o que significa que quando desenhamos a luz

on our space-time diagram,

no nosso diagrama de espaço-tempo,

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

a sua linha de universo sempre tem o mesmo ângulo de inclinação.

But we saw previously that speed,

Mas vimos anteriormente que essa velocidade,

or equivalently world line angles,

ou, de modo equivalente, as inclinações da linha de universo,

change when we look at things from

modificam-se quando observamos as coisas

other people's perspective.

a partir do ponto de vista de outra pessoa.

To explore this contradiction,

Para explorar esta contradição,

let's see what happens if I start moving

vamos ver o que acontece se eu começar a me deslocar,

while I stand still and shine the laser at Tom.

enquanto fico parado e aponto o laser para o Tom.

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

Em primeiro lugar, vamos construir o diagrama de espaço-tempo.

Yes, that means taking all of

Sim, isso significa pegar todos os quadros

the different panels showing the different moments in time

correspondentes aos diferentes instantes de tempo

and stacking them up.

e empilhá-los.

From the side, we see the world line

Da lateral, vemos a linha de universo do laser

of the laser light at its correct fixed angle,

no seu ângulo fixo correto,

just as before.

como antes.

So far, so good.

Até agora, tudo bem.

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

Mas este diagrama de espaço-tempo representa a perspectiva de Andrew.

What does it look like to me?

Qual é o seu aspecto para mim?

In the last lesson, we showed

Na última aula, mostramos como conseguir ver

how to get Tom's perspective moving all the panels

da perspectiva de Tom

movendo um pouco todos os quadros,

along a bit until his world line is completely vertical.

até que sua linha de universo ficasse completamente vertical.

But look carefully at the light world line.

Mas olhe com atenção para a linha de universo da luz.

The rearrangement of the panels

O rearranjo dos quadros

means it's now tilted over too far.

significa que agora está inclinada demais.

I'd measure light traveling faster than Andrew would.

Eu obteria uma velocidade da luz maior do que a medida pelo Tom.

But every experiment we've ever done,

Mas todos os experimentos que já foram feitos,

and we've tried very hard,

com grande empenho,

says that everyone measures light to have a fixed speed.

mostraram que a luz tem uma velocidade constante.

So let's start again.

Então vamos começar de novo.

In the 1900s, a clever chap named Albert Einstein

No início do século XX, um sujeito inteligente, chamado Albert Einstein,

worked out how to see things properly,

descobriu como ver as coisas da forma correta,

from Tom's point of view,

do ponto de vista de Tom,

conseguindo, ainda assim, obter a velocidade correta da luz.

while still getting the speed of light right.

First, we need to glue together the separate panels

Primeiro, precisamos colar os quadros separados

into one solid block.

e torná-los um bloco sólido.

This gives us our space-time,

Isto nos dá nosso espaço-tempo,

turning space and time into

e transforma o espaço e o tempo em um material uniforme e contínuo.

one smooth, continuous material.

And now, here is the trick.

E agora, aqui está o segredo.

What you do is stretch your block of space-time

O que fazemos é esticar o nosso bloco de espaço-tempo

along the light world line,

ao longo da linha de universo da luz,

then squash it by the same amount,

e depois comprimi-la na mesma proporção,

but at right angles to the light world line,

perpendicularmente à linha de universo da luz,

and abracadabra!

e abracadabra!

Tom's world line has gone vertical,

A linha de universo de Tom ficou vertical.

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

Logo, isto representa de fato o mundo do ponto de vista dele.

but most importantly,

Mas o mais importante

the light world line has never changed its angle,

é que a inclinação da linha de universo não se modificou.

and so light will be measured by Tom

Então a luz será medida por Tom

going at the correct speed.

deslocando-se à velocidade correta.

This superb trick is known as

Este truque fantástico é conhecido

a Lorentz transformation.

como uma transformação de Lorentz.

Sim, é mais do que um segredinho.

Yeah, more than a trick.

Slice up the space-time into

Fatiando o espaço-tempo em novos quadros

new panels and you have

teremos a animação fisicamente correta.

the physically correct animation.

I'm stationary in the car,

Estou parado no carro,

everything else is coming past me

todo o resto passa por trás de mim

and the speed of light

e a velocidade da luz

works out to be that same fixed value

resulta no mesmo valor fixo

that we know everyone measures.

que sabemos e que todo mundo mede.

On the other hand,

Por outro lado,

something strange has happened.

algo estranho aconteceu.

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

As estacas da cerca não estão mais separadas por um metro de distância,

and my mom will be worried

e minha mãe ficará preocupada

that I look a bit thin.

porque eu pareço um pouco magro.

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

Mas isso não é justo. Por que eu não pareço magro?

I thought physics was supposed to be the same

Eu achava que a Física era igual para todo mundo.

for everyone.

Yes, no, it is, and you do.

Sim, ela é. E você parece magro.

All that stretching and squashing

Todo esse estica-encolhe

of space-time has just muddled together

de espaço-tempo acabou juntando

what we used to think of separately

o que considerávamos separadamente como espaço e tempo.

as space and time.

This particular squashing effect

Este efeito particular de compressão

is known as Lorentz contraction.

é conhecido como contração de Lorentz.

Okay, but I still don't look thin.

Certo, mas eu ainda não pareço magro.

No, yes, you do.

Não. Você parece sim.

Now that we know better about space-time,

Agora que conhecemos melhor o espaço-tempo,

we should redraw

vamos redesenhar

what the scene looked like to me.

o que a cena pareceu para mim.

To you, I appear Lorentz contracted.

Para você, eu pareço Lorentz contraído.

Oh but to you, I appear Lorentz contracted.

Ah, mas para você, eu pareço Lorentz contraído.

Yes.

Sim.

Uh, well, at least it's fair.

Bom, pelo menos é justo.

And speaking of fairness,

E falando de justiça,

just as space gets muddled with time,

assim como o espaço é confundido com o tempo,

time also gets muddled with space,

o tempo também é confundido com o espaço,

in an effect known as time dilation.

em um efeito conhecido como dilatação do tempo.

Não, em velocidades do cotidiano,

No, at everyday speeds,

such as Tom's car reaches,

como a atingida pelo carro de Tom,

actually all the effects are much, much smaller

na verdade todos os efeitos são muito, muito menores

than we've illustrated them.

do que como nós os ilustramos.

Oh, yet, careful experiments,

Mas, mesmo assim, experimentos cuidadosos,

for instance watching the behavior of tiny particles

como por exemplo aqueles que observam o comportamento de partículas minúsculas

whizzing around the Large Hadron Collider

que são aceleradas no Grande Colisor de Hádrons

confirmed that the effects are real.

confirmaram que os efeitos são reais.

And now that space-time is

E agora que o espaço-tempo

é uma parte confirmada da realidade, por via experimental,

an experimentally confirmed part of reality,

we can get a bit more ambitious.

podemos nos tornar um pouco mais ambiciosos.

What if we were to start playing

E se começássemos a brincar

with the material of space-time itself?

com o material do espaço-tempo?

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

Vamos descobrir mais sobre isso na próxima animação.