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

Translator: Pakawat Wongwaiyut Reviewer: Rawee Ma

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

แสง คือสิ่งที่เร็วที่สุดในจักรวาล

but we can still measure its speed

แต่เราสามารถวัดความเร็วมันได้

if we slow down the animation,

ถ้าเราทำให้มันช้าลงในอนิเมชั่นนี้

we can analyze light's motion using

เราสามารถวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของแสง

a space-time diagram,

โดยใช้ แผนภาพกาล-อวกาศ

which takes a flipbook of animation panels,

ซึ่งนำเอาสมุดดีดที่มีภาพประกอบหลายภาพ

and turns them on their side.

มากลับด้านมัน

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

ในบทเรียนนี้ เราจะเพิ่มความเป็นจริงข้อนึง

that whenever anyone measures just how fast light moves,

ที่เมื่อไรก็ตามที่วัดความเร็วของแสง

they get the same answer:

จะได้ค่าที่เท่ากัน

299,792,458 meters every second,

นั่นคือ 299,792,458 เมตรต่อวินาที

which means that when we draw light

มันหมายถึงเมื่อพวกเราวาดแสง

on our space-time diagram,

บนแผนภาพกาล-อวกาศนี้

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

เส้นในโลกของแสงจะต้องมีมุมที่เท่ากันเสมอ

But we saw previously that speed,

แต่ก่อนหน้านี้เราเห็นความเร็ว

or equivalently world line angles,

หรือการเท่ากันของมุมของเส้นโลก

change when we look at things from

เปลี่ยนไป เมื่อเรามองมันจาก

other people's perspective.

มุมมองของบุคคลอื่น

To explore this contradiction,

เพื่อสำรวจถึงความแตกต่างนี้

let's see what happens if I start moving

มาดูกันว่ามันเกิดอะไรขึ้น เมื่อผมเริ่มเคลื่อนที่

while I stand still and shine the laser at Tom.

ในขณะที่ผมยืนอยู่กับที่และฉายแสงที่ยัง ทอม

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

อันดับแรก เราต้องสร้างแผนภาพกาล-อวกาศ

Yes, that means taking all of

ใช้แล้ว นั่นหมายถึงเอาทั้งหมด

the different panels showing the different moments in time

ในภาพประกอบที่แสดงถึง ความแตกต่างในการเคลื่อนที่

and stacking them up.

แล้วรวมมันเข้าด้วยกัน

From the side, we see the world line

จากด้านนี้ เราจะเห็นเส้นโลก

of the laser light at its correct fixed angle,

ของแสงเลเซอร์อยู่ในมุมที่ถูกกำหนดไว้

just as before.

เหมือนกับที่กล่าวไปแล้ว

So far, so good.

ทุกอย่างเป็นไปด้วยดี

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

แต่ แผนภาพกาล-อวกาศนี้ เป็นแบบในมุมมองของ แอนดรู

What does it look like to me?

แล้วถ้าเป็นมุมมองของผมหละ?

In the last lesson, we showed

ในบทเรียนที่แล้ว เราแสดงให้เห็นถึง

how to get Tom's perspective moving all the panels

การทำแผนภาพมุมมองของ ทอม โดยใช้วิธีเลื่อนภาพประกอบ

along a bit until his world line is completely vertical.

ทีละเล็กน้อยจนกว่าเส้นโลกของเขาจะตรง

But look carefully at the light world line.

แต่เราต้องระวังให้มากขึ้นในเส้นโลกของแสง

The rearrangement of the panels

การจัดการภาพประกอบใหม่นี้

means it's now tilted over too far.

ทำให้เกิดการเอียงขึ้นมากกว่าเดิม

I'd measure light traveling faster than Andrew would.

ผมวัดความเร็วแสงซึ่ง มันมากกว่าในมุมมองของ แอนดรู

But every experiment we've ever done,

แต่ในทุกๆการทดลองที่พวกเราได้ทำ

and we've tried very hard,

และการพยายามอย่างหนัก

says that everyone measures light to have a fixed speed.

ทำให้พูดได้เลยว่าแสงนั้นจะต้องมีความเร็วคงที่

So let's start again.

เอาหละมาทำกันใหม่ดีกว่า

In the 1900s, a clever chap named Albert Einstein

ในทศวรรษ 90 ความปราศเปรื่อง ของบุรุษนาม อัลเบริต ไอน์สไตน์

worked out how to see things properly,

ได้ทำให้ดูว่าจะทำอย่างไรให้มองภาพ

from Tom's point of view,

ในมุมมองของ ทอม

while still getting the speed of light right.

โดยที่ความเร็วของแสงยังคงเหมือนเดิม

First, we need to glue together the separate panels

อันดับแรก เราเชื่อมสองภาพประกอบที่แตกต่าง

into one solid block.

จนกลายเป็นบล็อกแข็งๆ

This gives us our space-time,

มันให้กาล-อวกาศแก่เรา

turning space and time into

เปลี่ยน กาล และ อวกาศ

one smooth, continuous material.

เป็นสิ่งๆเดียว เหมือนกับวัตถุก้อนหนึ่ง

And now, here is the trick.

ต่อไปนี้ คือเทคนิคพิเศษ

What you do is stretch your block of space-time

สิ่งที่ต้องทำคือยืดบล็อคของกาล-อวกาศออก

along the light world line,

ไปตามเส้นโลกของแสง

then squash it by the same amount,

แล้วบีบมันในทางเดียวกัน

but at right angles to the light world line,

แต่ทำในมุมที่ถูกต้องของเส้น

and abracadabra!

หลังจากนั้นก็ร่ายเวทย์มนต์ !

Tom's world line has gone vertical,

เส้นโลกของ ทอม นั้นตั้งตรงแล้ว

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

อย่างไรก็ตามนี่คือลำดับภาพ ที่เป็นในมุมมองของเขา

but most importantly,

แล้วที่สำคัญยิ่งกว่านั้น

the light world line has never changed its angle,

เส้นของแสงไม่ได้เปลี่ยนมุมตามไปด้วย

and so light will be measured by Tom

ซึ่งแสงที่คำนวนได้ในมุมมองของ ทอม

going at the correct speed.

เป็นความเร็วที่ถูกต้อง

This superb trick is known as

วิธีการอันเลิศเลอนี้เรียกว่า

a Lorentz transformation.

การแปลงแบบลอเรนซ์

Yeah, more than a trick.

ใช่ มากกว่าเทคนิคพิเศษ

Slice up the space-time into

มันได้ตัดแต่งกาล-อวกาศ

new panels and you have

ไปสู่มุมมองใหม่ และ

the physically correct animation.

หลักกายภาพอนิเมชั่นก็ถูกต้อง

I'm stationary in the car,

ผมอยู่นิ่งในรถ

everything else is coming past me

ทุกๆอย่างผ่านตัวผมไป

and the speed of light

และความเร็วของแสง

works out to be that same fixed value

ก็มีค่าคงที่เหมือนเดิม

that we know everyone measures.

ตามที่ทุกๆคนได้คำนวนไว้

On the other hand,

ในทางกลับกัน

something strange has happened.

มีบางสิ่งแปลกประหลาดเกิดขึ้น

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

ตำแหน่งรั้วไม่ได้มีความยาว 1เมตรอีกแล้ว

and my mom will be worried

และแม่ของผมจะต้องกังวล

that I look a bit thin.

ที่ผมดูผอม ไปเล็กน้อย

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

แต่มันดูไม่ยุติธรรมเลย ทำไมผมไม่ผอมไปด้วย?

I thought physics was supposed to be the same

ผมคิดว่าฟิสิกส์จะส่งผลที่เหมือนกัน

for everyone.

กับทุกๆคนเสียอีก

Yes, no, it is, and you do.

ใช่ และก็ไม่ ตามนั้นและคุณก็เป็น

All that stretching and squashing

ทุกๆการยืดออกและบีบอัด

of space-time has just muddled together

ของกาล-อวกาศมันผสมปนเปกัน

what we used to think of separately

อะไรที่เราเคยคิดว่ามันแยกกันอย่างอิสระ

as space and time.

อย่าง อวกาศ และ เวลา

This particular squashing effect

ผลกระทบการบีบอัดที่พิเศษนี้

is known as Lorentz contraction.

เราเรียกมันว่า การหดตัวของลอเรนซ์

Okay, but I still don't look thin.

โอเค แต่ผมก็ยังไม่ดูผอมนี่

No, yes, you do.

ไม่ และก็ใช่ คุณเป็น

Now that we know better about space-time,

ตอนนี้เรารู้มากขึ้นเกี่ยวกับกาล-อวกาศ

we should redraw

เราจึงวาดมันใหม่

what the scene looked like to me.

ให้ฉากนั้นตามแบบผม

To you, I appear Lorentz contracted.

สำหรับคุณ ผมปรากฏตามการหดตัวของลอเรนซ์

Oh but to you, I appear Lorentz contracted.

โอ้ แต่สำหรับคุณ ผมก็ปรากฏตามการหดตัวของลอเรนซ์

Yes.

ใช่แล้ว

Uh, well, at least it's fair.

อืม ดีเลย มันดูยุติธรรมแล้ว

And speaking of fairness,

แล้วถ้าพูดถึงความยุติธรรม

just as space gets muddled with time,

ขณะที่อวกาศพัวพันอยู่กับเวลา

time also gets muddled with space,

เวลาก็พัวพันอยู่กับอวกาศ

in an effect known as time dilation.

ผลกระทบคือ เวลาขยายขอบเขตออกไป

No, at everyday speeds,

เปล่าเลย ที่ความเร็วของแต่ละวัน

such as Tom's car reaches,

คล้ายกับที่รถของ ทอม ได้ทำ

actually all the effects are much, much smaller

เกิดผลกระทบเหล่านี้น้อยมากๆ

than we've illustrated them.

เกินกว่าที่จะจินตนาการมัน

Oh, yet, careful experiments,

โอ้ ตอนนี้ ทดลองอย่างระวัง

for instance watching the behavior of tiny particles

ในขณะที่ดูพฤติกรรมของอนุภาคเล็กๆ

whizzing around the Large Hadron Collider

วิ่งอย่างเร็วรอบเครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่

confirmed that the effects are real.

ได้รับการยอมรับแล้วว่าผลกระทบนั้นเป็นจริง

And now that space-time is

และตอนนี้กาล-อวกาศคือ

an experimentally confirmed part of reality,

ส่วนหนึ่งของการทดลองที่ยอมรับว่าเป็นจริง

we can get a bit more ambitious.

เราได้รับความทะเยอทะยานอีกเล็กน้อย

What if we were to start playing

จะเป็นอย่างไรถ้าเราเริ่มเล่น

with the material of space-time itself?

กับวัตถุกาล-อวกาศ ?

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

เราจะค้นหาทั้งหมดของมันในตอนต่อไป