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

Переводчик: Vlad Gorban' Редактор: Полина Гурина

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

Свет — самая быстрая вещь во Вселенной,

but we can still measure its speed

но его скорость всё-таки можно измерить.

if we slow down the animation,

Замедлив анимацию, мы сможем

we can analyze light's motion using

рассмотреть движение света с помощью

a space-time diagram,

пространственно-временной диаграммы,

which takes a flipbook of animation panels,

берущей ряд анимационных панелей

and turns them on their side.

и показывающей их под новым углом.

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

В этом уроке мы расскажем об экспериментально доказанном факте,

that whenever anyone measures just how fast light moves,

что кто бы и когда бы не измерял скорость света,

they get the same answer:

результат всегда один:

299,792,458 meters every second,

299 792 458 метров в секунду.

which means that when we draw light

Это означает, что когда мы рисуем свет

on our space-time diagram,

на нашей диаграмме,

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

его мировая линия всегда расположена под одним и тем же углом.

But we saw previously that speed,

Но мы видели ранее, что скорость,

or equivalently world line angles,

или углы мировых линий,

change when we look at things from

меняется, когда мы смотрим на вещи

other people's perspective.

со стороны других людей.

To explore this contradiction,

Чтобы исследовать это противоречие,

let's see what happens if I start moving

посмотрим, что случится, если я начну двигаться,

while I stand still and shine the laser at Tom.

а я буду стоять неподвижно и светить лазером в сторону Тома.

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

Сначала нам нужно построить диаграмму пространства-времени.

Yes, that means taking all of

Это значит взять

the different panels showing the different moments in time

все панели, показывающие разные моменты времени,

and stacking them up.

и сложить их вместе.

From the side, we see the world line

Со стороны мы видим мировую линию

of the laser light at its correct fixed angle,

лазерного света, находящегося под правильным фиксированным углом,

just as before.

как и раньше.

So far, so good.

Пока всё идёт хорошо.

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

Но эта пространственно-временная диаграмма показывает перспективу Эндрю.

What does it look like to me?

Как же это выглядит для меня?

In the last lesson, we showed

В прошлом уроке мы показывали,

how to get Tom's perspective moving all the panels

как получить перспективу Тома, двигая все панели,

along a bit until his world line is completely vertical.

пока его мировая линия не станет абсолютно вертикальной.

But look carefully at the light world line.

Но присмотритесь к мировой линии света.

The rearrangement of the panels

Перестановка панелей

means it's now tilted over too far.

привела к её слишком сильному наклону.

I'd measure light traveling faster than Andrew would.

По моим измерениям свет должен двигаться быстрее, чем для Эндрю.

But every experiment we've ever done,

Но, все проведённые нами эксперименты,

and we've tried very hard,

а мы очень старались,

says that everyone measures light to have a fixed speed.

говорят, что свет движется с одинаковой скоростью.

So let's start again.

Поэтому попробуем заново.

In the 1900s, a clever chap named Albert Einstein

В 1900 годах умный малый Альберт Эйнштейн

worked out how to see things properly,

разобрался, как видеть вещи корректно

from Tom's point of view,

с точки зрения Тома,

while still getting the speed of light right.

при этом получая верную скорость света.

First, we need to glue together the separate panels

Сперва мы должны склеить несколько отдельных панелей

into one solid block.

в один сплошной блок.

This gives us our space-time,

Это даёт нам наше пространство-время,

turning space and time into

превращая пространство и время

one smooth, continuous material.

в цельный, однородный материал.

And now, here is the trick.

А теперь следите за руками.

What you do is stretch your block of space-time

Вам нужно растянуть ваш блок пространства-времени

along the light world line,

вдоль мировой линии света,

then squash it by the same amount,

потом настолько же сплющить его,

but at right angles to the light world line,

но под верным углом к мировой линии света,

and abracadabra!

и абракадабра!

Tom's world line has gone vertical,

Мировая линия Тома стала вертикальной,

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

и это показывает нам мир с его точки зрения,

but most importantly,

но что самое важное,

the light world line has never changed its angle,

угол мировой линии света не изменился,

and so light will be measured by Tom

и свет по измерениям Тома

going at the correct speed.

будет двигаться с правильной скоростью.

This superb trick is known as

Этот великолепный трюк известен как

a Lorentz transformation.

преобразование Лоренца.

Yeah, more than a trick.

Это больше, чем просто трюк.

Slice up the space-time into

Разрезав пространство-время

new panels and you have

на новые слои, вы получите

the physically correct animation.

физически правильную анимацию.

I'm stationary in the car,

Я сижу неподвижно в машине,

everything else is coming past me

всё остальное движется мимо меня,

and the speed of light

и скорость света

works out to be that same fixed value

равна одному неизменному значению,

that we know everyone measures.

которое все получают при измерениях.

On the other hand,

С другой стороны,

something strange has happened.

произошло нечто странное.

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

Прутья ограждения больше не находятся в метре друг от друга,

and my mom will be worried

а мою маму обеспокоит то,

that I look a bit thin.

что я выгляжу исхудалым.

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

Но это нечестно. Почему я не могу выглядеть худым?

I thought physics was supposed to be the same

Я думал, что физика должна быть одинакова

for everyone.

для всех.

Yes, no, it is, and you do.

Да, это так.

All that stretching and squashing

Все эти растягивания и сплющивания

of space-time has just muddled together

пространства-времени смешали

what we used to think of separately

наши привычные представления

as space and time.

о пространстве и времени в отдельности.

This particular squashing effect

Этот конкретный эффект сплющивания

is known as Lorentz contraction.

известен как Лоренцево сокращение.

Okay, but I still don't look thin.

Но я всё ещё не выгляжу худым.

No, yes, you do.

Да нет, выглядишь.

Now that we know better about space-time,

Теперь, зная больше о пространстве-времени,

we should redraw

надо перерисовать сцену,

what the scene looked like to me.

как она выглядела для меня.

To you, I appear Lorentz contracted.

Я кажусь тебе Лоренцево-сокращённым.

Oh but to you, I appear Lorentz contracted.

А я таким кажусь тебе.

Yes.

Да.

Uh, well, at least it's fair.

Ну, так хотя бы по-честному.

And speaking of fairness,

И говоря о честности,

just as space gets muddled with time,

как пространство смешивается со временем,

time also gets muddled with space,

так и время смешивается с пространством,

in an effect known as time dilation.

что выражается в релятивитском замедлении времени.

No, at everyday speeds,

Нет, на обычных скоростях,

such as Tom's car reaches,

каких достигает машина Тома,

actually all the effects are much, much smaller

все эффекты на самом деле намного слабее,

than we've illustrated them.

чем мы их изображали.

Oh, yet, careful experiments,

Тем не менее, тщательные эксперименты,

for instance watching the behavior of tiny particles

например, наблюдение за поведением частиц

whizzing around the Large Hadron Collider

в Большом Адронном Коллайдере,

confirmed that the effects are real.

подтверждают, что эти эффекты существуют.

And now that space-time is

Теперь пространство-время —

an experimentally confirmed part of reality,

экспериментально подтверждённая часть реальности,

we can get a bit more ambitious.

и мы можем стать немного амбициознее.

What if we were to start playing

Что, если мы начнём играть

with the material of space-time itself?

с самим материалом пространства-времени?

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

Мы узнаем об этом в следующей серии.