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

Nguyên tắc cơ bản về không gian - thời gian: Phần 1 - Andrew Pontzen và Tom Whyntie

Translator: Khôi Đặng Nguyên Reviewer: Thanh Nguyen Cong

Space: it's where things happen.

Không gian: là nơi mà mọi chuyện diễn ra

Time: it's when things happen.

Thời gian: là thời điểm mà mọi thứ xảy ra

We can measure where things are

Chúng ta có thể xác định vị trí và thời điểm mọi việc

and when things take place,

but in modern physics,

Nhưng trong vật lý hiện đại,

we realize when and where

thời gian và địa điểm

are actually part of the same question.

là các phần của cùng một câu hỏi

Because when it comes to understanding the universe,

Bởi vì muốn hiểu về vũ trụ,

we need to replace three-dimensional space plus time

ta cần thay thế không gian ba chiều và thời gian

with a single concept:

với một khái niệm duy nhất:

four-dimensional space-time.

thời gian-không gian bốn chiều.

We'll explore and explain space-time

Chúng ta sẽ nghiên cứu và giải thích

in this series of animations.

về không gian - thời gian trong sê-ri hoạt hình này

Animations?

Hoạt hình?

Yeah.

Phải!

Well, we're not very animated are we?

À, cũng không hẳn là hình động đúng không?

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

Tất nhiên là có! Nhìn này, tôi có thể đi từ đây đến đây

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

Whoa! Làm thế nào mà anh làm được như vậy?

How fast did you go?

Did you run? Walk?

Chạy à? Hay đi bộ?

Did you even go in a straight line?

Hay đi theo 1 đường thẳng?

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

Để trả lời điều đó, phải làm cho bộ hoạt hình của chúng ta

look more like physics physics.

trở nên giống với vật lý trong thực tế hơn.

You'll need more panels.

Sẽ cần thêm nhiều tấm bảng nữa

More panels, please!

Làm ơn cho thêm bảng!

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

Được rồi, trong mỗi tấm bảng, Andrew ở các vị trí hơi khác nhau

So I can see each one records

tại những thời điểm khác nhau.

where Andrew is at a different time.

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

Điều đó thật tuyệt. Nhưng sẽ dễ thấy hơn

what's going on if we could cut out

nếu chúng ta cắt ra

all the hundreds of panels and stack them up

hàng trăm tấm bảng và chồng chúng lên nhau

like a flip book.

như một cuốn sách lật.

Right, now let's flip through the book

Bây giờ, hãy lật lướt qua cuốn sách

so that we can see one panel after another

để nhìn thấy hình này nối tiếp hình kia

getting through 24 in every second.

cứ 24 hình một giây.

See! I told you it was an animation.

Thấy chưa! Tôi đã bảo nó là hoạt hình mà.

Now you can see me walking along.

Bây giờ, bạn có thể nhìn thấy tôi đi ngang qua.

Drawing all those panels and putting them into a flip book

Vẽ bảng hình rồi cho vào sách lật

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

là một cách để ghi lại đường đi của tôi.

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

Đó là cách làm trong hoạt hình, thậm chí trong phim ảnh.

As it turns out, at my walking speed,

Hóa ra, với tốc độ của tôi,

it takes two seconds to get past each fence post,

sẽ thì phải mất 2 giây để đi qua mỗi trụ rào chắn

and they're spaced four meters apart.

được đặt cách nhau 4 mét.

So we can calculate my velocity --

Từ đó tính ra vận tốc của tôi

how fast I'm moving through space - -

khi di chuyển trong không gian

is two meters per second.

là 2m/ giây.

But I could've worked that out from the panels

Nhưng còn một cách tính khác

without flipping through them.

mà không cần phải lật bảng.

From the edge of the flip book,

Từ mép cuốn sách lật,

you can see all of the copies of the fence posts

bạn có thể thấy bản sao của các trụ rào chắn và của Andrew

and all of the copies of Andrew

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

và trong mỗi hình, vị trí của anh ấy hơi khác nhau.

Now we can predict everything that will happen to Andrew

Chúng ta có thể dự đoán tốc độ di chuyển của Andrew

when we flip through 24 pages every second,

khi lật sách với tốc độ 24 trang/ giây,

including his speed of motion,

Chỉ cần nhìn thôi đấy.

just by looking.

No need to flip through at all.

Không nhất thiết phải lật tất cả.

The edge of this flip book

Mép của cuốn sách này

is known as a space-time diagram

được coi như một biểu đồ không gian-thời gian

of Andrew's journey through, you guessed it,

thể hiện chặng đường đi của Andrew,

space and time.

Chúng ta coi đường kẻ đó đại diện cho

We call the line that represents Andrew's journey

his world line.

đường định vị của anh ấy.

If i jog instead of walking,

Nếu tôi chạy bộ thay vì bước đi,

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

tôi có khả năng băng qua mỗi trụ rào chắn trong mỗi giây.

Anh ấy có vẻ không nhanh nhẹn cho lắm.

He's not very athletic.

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

Dù thế nào đi nữa, khi nhìn vào mép cuốn sách lật này,

we can do the same analysis as before.

chúng ta cũng có thể phân tích như lúc trước.

The world line for Andrew jogging

Đường định vị của Andrew khi chạy bộ có vẻ nghiêng hơn

is more tilted over

than the world line for Andrew walking.

so với khi đi bộ.

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

Chúng ta có thể nói, anh ấy đang đi nhanh gấp đôi

without flipping the panels.

mà không cần lật bảng.

But here's the clever bit.

Ở đây, có chút ma mãnh hơn.

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

Trong vật lý, luôn là điều tốt khi nhìn sự vật từ một góc nhìn khác.

After all, the laws of physics

Xét cho cùng, các định luật vật lý

should be the same for everyone

phải là như nhau với tất cả mọi người nếu không, không ai sẽ tuân theo nó.

or no one will obey them.

So let's rethink our cartoon

Do đó, hãy nghĩ lại về bộ hoạt hình của chúng ta

and have the camera follow Andrew jogging along

và máy quay đuổi theo Andrew đang chạy bộ

as the fence posts approach and pass behind him.

và các trụ rào chắn tiến đến rồi lùi ra sau anh ấy.

Still viewing it as a flip book of panels,

Vẫn xem nó như một cuốn sách lật

we don't need to redraw anything.

chúng ta không cần phải vẽ lại thứ gì.

We simply move all of the cutout frames slightly

Chỉ đơn giản là làm cho các khung hình hơi nghiêng đi

until Andrew's tilted world line

cho đến khi đường định vị của Andrew

becomes completely vertical.

trở nên hoàn toàn thẳng đứng.

To see why, let's flip it.

Để hiểu vì sao phải làm vậy, hãy lật nó.

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

Bây giờ tôi đứng yên một chỗ, chỉ chạy bộ trên cái chấm

in the center of the panel.

ở giữa tấm bảng.

On the edge of the flip book,

Trên mép của sách lật,

my world line was going straight upwards.

đường định vị của tôi có hướng thẳng đứng.

The fence posts are coming past me.

Những trụ rào chắn đang đi qua tôi.

It's now their world lines that are tilted.

đường định vị của chúng lại nghiêng.

This rearrangement of the panels is known as a

Sự sắp xếp lại này được gọi là:

Galilean transformation,

phép biến đổi Galileo,

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

cho phép chúng ta phân tích vật lý từ góc nhìn của người khác

In this case, mine.

Trong trường hợp này, là của tôi.

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

Luôn luôn tốt khi nhìn nhận sự vật từ những góc nhìn khác,

especially when the viewers are moving

nhất là khi người xem đang di chuyển

at different speeds.

với tốc độ khác nhau,

So long as the speeds aren't too high.

miễn là tốc độ không quá lớn

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

Nếu bạn là một sao chổi di chuyển với vận tốc ánh sáng,

our flip book of your point of view falls apart.

cuốn sách lật của chúng ta, sẽ bị rơi ra hết.

To stop that from happening,

Để ngăn chặn điều đó,

we'll have to glue panels together.

chúng ta sẽ phải dán những tấm bảng lại với nhau.

Instead of a stack of separate panels,

Thay vì những tấm bảng riêng biệt ,

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

chúng ta sẽ cần một khối không gian - thời gian vững chắc.

which we'll come to in the next animation.

Chúng ta sẽ nói đến vấn đề này trong bộ hoạt hình tiếp theo.