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

หลักพื้นฐานของ กาล-อวกาศ ตอนที่ 1 - Andrew Pontzen and Tom Whyntie

Translator: Pakawat Wongwaiyut Reviewer: Rawee Ma

Space: it's where things happen.

ที่ว่าง คือ จุดที่เหตุการณ์เกิด

Time: it's when things happen.

เวลา คือ เหตุการณ์เกิดเมื่อไร

We can measure where things are

เราสามารถคำนวนหาสถานที่

and when things take place,

และเมื่อไรที่มันจะอยู่

but in modern physics,

แต่ในฟิสิกส์ยุคใหม่

we realize when and where

เราตระหนักว่าเมื่อไรและที่ไหน

are actually part of the same question.

เป็นส่วนหนึ่งของคำถามคำถามเดียวกัน

Because when it comes to understanding the universe,

เพราะเมื่อเราอยากจะเข้าในจักรวาล

we need to replace three-dimensional space plus time

เราต้องแทนที่มิติทั้ง 3 กับเวลา

with a single concept:

ด้วยกรอบความคิดเดียว

four-dimensional space-time.

กาล-อวกาศ 4 มิติ

We'll explore and explain space-time

เราจะสำรวจแล้วอธิบายกาล-อวกาศ

in this series of animations.

ในชุดของอนิเมชั่นนี้

Animations?

อนิเมชั่น?

Yeah.

ใช่แล้ว

Well, we're not very animated are we?

เอ่อ เราคงดูไม่เหมือนอนิเมชั่นซักเท่าไร

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

เราเป็นแน่นอน! ดูนะ ผมสามารถเคลื่อนที่จากจุดนี้ ไปจุดนี้

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

โวว คุณมาจากจุดนั่น ถึงจุดนี่ได้ยังไง

How fast did you go?

คุณมาด้วยความเร็วเท่าไร?

Did you run? Walk?

คุณวิ่ง? เดิน?

Did you even go in a straight line?

หรือแม้แต่มาเป็นเส้นตรง?

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

อ้า! การจะตอบคำถามนี้ คุณจะต้องทำการ์ตูนฟิสิกส์

look more like physics physics.

ให้ดูเป็นฟิสิกส์มากยิ่งขึ้น

You'll need more panels.

คุณต้องการแผ่นภาพประกอบ

More panels, please!

ขอแผ่นภาพประกอบหน่อยครับ!

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

โอเค ในแต่ละภาพ แอนดรู อยู่ในตำแหน่งที่ต่างกันเล็กน้อย

So I can see each one records

ดังนั้นในแต่ละภาพผมจึงเห็น

where Andrew is at a different time.

ตำแหน่งที่แอนดรู อยู่ในเวลาที่ต่างกัน

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

มันเยี่ยมมาก แต่เราควรทำให้มองง่ายขึ้น

what's going on if we could cut out

มันจะเป็นยังไงถ้าเราแทนที่

all the hundreds of panels and stack them up

รวมรูปเป็นร้อยๆรูปนี้แล้วซ้อนกัน

like a flip book.

เหมือนกับสมุดดีด

Right, now let's flip through the book

ใช่แล้ว ตอนนี้เรามาดีดรูปในหนังสือกัน

so that we can see one panel after another

เราจะเห็นภาพเดียวจากทั้งหมด

getting through 24 in every second.

ผ่านการดีด 24 ครั้งในทุกวินาที

See! I told you it was an animation.

เห็นรึปล่าว! ผมบอกคุณแล้วมันคืออนิเมชั่น

Now you can see me walking along.

ตอนนี้คุณก็เห็นผมเดิน

Drawing all those panels and putting them into a flip book

วาดภาพประกอบเหล่านั้น และทำมันให้เป็นสมุดดีด

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

มันคือวิธีเดียวที่จะบันทึกการเดินของผม

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

แล้วมันยังแสดงให้เห็นว่า อนิเมชั่น หรือภาพยนตร์ทำงานอย่างไร

As it turns out, at my walking speed,

ที่จะออกมาเป็นความเร็วอย่างที่ผมเดินนี้

it takes two seconds to get past each fence post,

มันใช้เวลา 2 วินาทีในการผ่านตำแหน่งรั้ว

and they're spaced four meters apart.

และแต่ละรั้วก็มีความยาว 4 เมตร

So we can calculate my velocity --

ดังนั้นผมจึงสามารถคำนวนความเร็วของผม

how fast I'm moving through space - -

ความเร็วที่ผมใช้เคลื่อนที่ผ่านที่ว่าง

is two meters per second.

คือ 2 เมตรต่อวินาที

But I could've worked that out from the panels

แต่ ผมได้จัดการกับภาพประกอบเหล่านี้

without flipping through them.

โดยไม่ต้องใช้วิธีดีดมัน

From the edge of the flip book,

จากขอบของของสมุดดีดนี้

you can see all of the copies of the fence posts

คุณจะเห็นภาพก๊อบปปี้ของตำแหน่งรั้ว

and all of the copies of Andrew

รวมทั้งของตัวแอนดรูเอง

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

ซึ่งเขาอยู่ในตำแหน่งที่ ต่างกันเล็กน้อยในแต่ละภาพ

Now we can predict everything that will happen to Andrew

ณ ตอนนี้เราสามารถทำนายผลทุกอย่าง ที่จะเกิดขึ้นกับแอนดรู

when we flip through 24 pages every second,

เมื่อเราดีดมัน 24 หน้าต่อวินาที

including his speed of motion,

รวมถึงความเร็วของการเคลื่อนที่

just by looking.

โดยผ่านแค่การมอง

No need to flip through at all.

ไม่ต้องผ่านการดีดอีกแล้ว

The edge of this flip book

ตำแหน่งขอบของสมุดดีดนี้

is known as a space-time diagram

เราเรียกมันว่า แผนภาพกาล-อวกาศ

of Andrew's journey through, you guessed it,

ของการเดินทางของแอนดรู คุณลองคิดดู

space and time.

ที่ว่าง กับ เวลา

We call the line that represents Andrew's journey

เราเรียกเส้นเหล่านี้แทนที่ การเดินทางของแอนดรู

his world line.

เส้นในโลกของเขา

If i jog instead of walking,

ถ้าผมวิ่งเหยาะๆแทนการเดิน

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

ผมจะเคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งรั้วในทุกๆวินาที

He's not very athletic.

เขาไม่ใช่นักกรีฑาที่ดีมาก

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

อย่างไรก็ตาม เมื่อเรามอง ที่ขอบของสมุดดีดใหม่

we can do the same analysis as before.

เราสามารถวิเคราะห์ได้เหมือนกับที่ผ่านมา

The world line for Andrew jogging

เส้นในโลกของแอนดรู ที่วิ่งเหยาะๆ

is more tilted over

มันดูเอียงกว่า

than the world line for Andrew walking.

เส้นในโลกของแอนดรู ตอนเดิน

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

เราสามารถบอกได้ว่า เขาเคลื่อนที่เร็วขึ้นเป็น 2 เท่า

without flipping the panels.

โดยไม่ต้องดีดภาพประกอบ

But here's the clever bit.

แต่นี่คือจุดที่ดูฉลาดขึ้นมานิด

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

ในฟิสิกส์ มักจะมีมุมมอง ที่ดีใหม่ๆในการสังเกต

After all, the laws of physics

แต่ท้ายที่สุด กฏของฟิสิกส์

should be the same for everyone

จะต้องเหมือนกันในทุกๆคน

or no one will obey them.

ถึงแม้จะไม่มีใครทำตามมันก็ตาม

So let's rethink our cartoon

เอาหละมามองการ์ตูนเราใหม่

and have the camera follow Andrew jogging along

เมื่อมีกล้องจับภาพตามแอนดรู ที่กำลังวิ่ง

as the fence posts approach and pass behind him.

โดยให้ตำแหน่งรั้วเคลื่อนที่ผ่านเขาไป

Still viewing it as a flip book of panels,

แต่ยังคงดูมันผ่านสมุดดีดเหมือนเดิม

we don't need to redraw anything.

เราไม่จำเป็นต้องวาดอะไรใหม่

We simply move all of the cutout frames slightly

เราทำง่ายๆโดยเลื่อนภาพที่ต่างกันเล็กน้อยนี้

until Andrew's tilted world line

จนกว่าเส้นที่เอียงในโลกของแอนดรู

becomes completely vertical.

จะกลายเป็นเส้นที่ตั้งตรง

To see why, let's flip it.

ทำไมน่ะหรือ มาดีดมันกัน

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

ใช้แล้ว ในตอนนี้ผมอยู่กับที่ แค่วิ่งบนจุดเดิม

in the center of the panel.

ในตรงกลางของภาพ

On the edge of the flip book,

ในตำแหน่งด้านบนของสมุดดีด

my world line was going straight upwards.

เส้นในโลกของผมเป็นเส้นตรง

The fence posts are coming past me.

รั้วได้ผ่านตัวของผมไป

It's now their world lines that are tilted.

ในตอนนี้เส้นในโลกของมันนั้นเอียง

This rearrangement of the panels is known as a

ในการจัดการใหม่นี้เราเรียกมันว่า

Galilean transformation,

การแปรแบบกาลิเลโอ (Galilean transformation)

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

และมันก็ทำให้เราสามารถวิเคราะห์ ฟิสิกส์ในมุมมองของบางคน

In this case, mine.

ในกรณีนี้คือผม

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

ท้ายที่สุดวิธีนี้คือวิธีที่ดี ที่จะมองดูบางสิ่งในมุมมองของคนดู

especially when the viewers are moving

โดยเฉพาะเมื่อคนที่โดนสังเกตเคลื่อนที่

at different speeds.

ในความเร็วที่ต่างกัน

So long as the speeds aren't too high.

จนกว่าความเร็วนั้นจะเยอะเกินไป

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

ถ้ารังสีคอสมิกของคุณเคลื่อนที่ ไวเท่ากับความเร็วแสง

our flip book of your point of view falls apart.

หนังสือดีดนั้นก็จะใช้การไม่ได้

To stop that from happening,

เพื่อยับยั้งไม่ให้มันเกิดขึ้น

we'll have to glue panels together.

พวกเราต้องเชื่อมภาพประกอบเข้าด้วยกัน

Instead of a stack of separate panels,

แทนที่จะรวบมันรวมเป็นภาพประกอบที่แตกต่าง

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

เราต้องการบล็อกแข็งๆของกาล-อวกาศ

which we'll come to in the next animation.

ซึ่งเราจะพูดถึงในตอนต่อไป