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

Kiến thức cơ bản về không gian - thời gian: Phần 2- Andrew Pontzen và Tom Whyntie

Translator: Huy Nguyễn Reviewer: Nhu PHAM

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

Ánh sáng là thứ nhanh nhất trong vũ trụ,

but we can still measure its speed

nhưng ta vẫn đo được vận tốc của nó.

if we slow down the animation,

Nếu tua chậm lại,

we can analyze light's motion using

ta sẽ phân tích được chuyển động của ánh sáng

a space-time diagram,

bằng biểu đồ không gian - thời gian,

which takes a flipbook of animation panels,

từ những tấm ảnh lật (flipbook)

and turns them on their side.

nhìn từ bên trên.

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

Bài học này, sẽ đưa ra một thực nghiệm

that whenever anyone measures just how fast light moves,

rằng bất cứ khi nào đo đạc tốc độ ánh sáng,

they get the same answer:

ta đều nhận được kết quả như nhau:

299,792,458 meters every second,

299,792,458 mét trên giây,

which means that when we draw light

điều đó có nghĩa là khi biểu diễn trên biểu đồ

on our space-time diagram,

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

đồ thị sẽ cho cùng một độ dốc.

But we saw previously that speed,

Nhưng ta đã biết,

or equivalently world line angles,

tốc độ, hay độ dốc tương đương,

change when we look at things from

thay đổi với những hệ quy chiếu khác nhau.

other people's perspective.

Để lý giải cho mâu thuẫn này,

To explore this contradiction,

let's see what happens if I start moving

hãy xem điều gì xảy ra khi tôi di chuyển

while I stand still and shine the laser at Tom.

trong khi tôi đứng im và chiếu laser về phía Tom.

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

Đầu tiên, cần xây dựng biểu đồ không gian - thời gian.

Yes, that means taking all of

bằng cách thu thập hình ảnh tại những thời điểm khác nhau

the different panels showing the different moments in time

and stacking them up.

rồi chồng chúng lên nhau.

From the side, we see the world line

Từ phía ngoài, ta thấy

of the laser light at its correct fixed angle,

đường đi của tia laser tạo thành một góc không đổi

just as before.

y như trước.

So far, so good.

Vẫn ổn đó chứ .

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

Nhưng biểu đồ này chỉ đúng với hệ quy chiếu của Andrew.

What does it look like to me?

Với tôi nó trông thế nào?

In the last lesson, we showed

Trong bài học trước, ta đã chỉ ra

how to get Tom's perspective moving all the panels

cách chuyển sang hệ quy chiếu của Tom bằng cách di chuyển ảnh cùng lúc

along a bit until his world line is completely vertical.

cho tới khi đường chuyển động của Tom là hoàn toàn thẳng đứng.

But look carefully at the light world line.

Chú ý vào đường truyền tia sáng .

The rearrangement of the panels

Việc hình ảnh bị sắp xếp lại

means it's now tilted over too far.

cho thấy nó đã bị nghiêng hơi quá

I'd measure light traveling faster than Andrew would.

Tôi đo được ánh sáng di chuyển nhanh hơn so với những gì Andrew thấy

But every experiment we've ever done,

Nhưng mọi thí nghiệm từng làm,

and we've tried very hard,

dù rất cẩn thận,

says that everyone measures light to have a fixed speed.

đều cho thấy tốc độ ánh sáng là không đổi.

So let's start again.

Bắt đầu lại nhé.

In the 1900s, a clever chap named Albert Einstein

Vào những năm 90, chàng trai thông thái Albert Einstein

worked out how to see things properly,

đã nghiên cứu cách quan sát mọi vật đúng đắn

from Tom's point of view,

từ hệ quy chiếu của Tom,

while still getting the speed of light right.

mà vẫn cho ra vận tốc chính xác của ánh sáng

First, we need to glue together the separate panels

Đầu tiên, cần xâu chuỗi những ảnh riêng biệt

into one solid block.

thành một khối thống nhất.

This gives us our space-time,

Ta có được không gian - thời gian,

turning space and time into

chuyển không gian và thời gian

one smooth, continuous material.

thành khối vật chất liên tục và đồng nhất.

And now, here is the trick.

Và đây là câu trả lời .

What you do is stretch your block of space-time

Bạn chỉ cần kéo khối không gian - thời gian của mình

along the light world line,

dọc theo hướng chuyển động của ánh sáng.

then squash it by the same amount,

Sau đó, nén theo phương truyền tia sáng

but at right angles to the light world line,

với cùng một lượng mức

and abracadabra!

và ô la la!

Tom's world line has gone vertical,

Đường chuyển động của Tom trở thành thẳng đứng

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

và mọi thứ sẽ được quan sát qua hệ quy chiếu của anh ấy,

but most importantly,

quan trọng nhất là

the light world line has never changed its angle,

ánh sáng không hề thay đổi độ dốc

and so light will be measured by Tom

nghĩa là khi Tom đo lường

going at the correct speed.

kết quả đó là chính xác.

This superb trick is known as

Kĩ thuật tinh tế này được gọi là

a Lorentz transformation.

phép biển đổi Lorentz.

Yeah, more than a trick.

Hơn thế nữa,

Slice up the space-time into

khi tách khối không gian - thời gian thành các tấm nhỏ

new panels and you have

the physically correct animation.

chúng vẫn tuân theo các định luật vật lí.

I'm stationary in the car,

Tôi ngồi yên trong ô tô

everything else is coming past me

những thứ khác chuyển động ngang qua

and the speed of light

và tốc độ ánh sáng đo được

works out to be that same fixed value

có cùng giá trị

that we know everyone measures.

với kết quả từ những người khác.

On the other hand,

Mặc khác,

something strange has happened.

điều gì đó kỳ lạ đã xảy ra.

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

Mỗi chiếc rào không còn dài 1 mét như trước nữa

and my mom will be worried

và mẹ tôi sẽ lo lắng

that I look a bit thin.

vì tôi trông gầy đi một chút .

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

Thật bất công. Tại sao tôi không gầy hơn?

I thought physics was supposed to be the same

Tôi cho rằng vật lý là như nhau với tất cả mọi người.

for everyone.

Yes, no, it is, and you do.

Đúng . Là như vậy mà

All that stretching and squashing

Tất cả sự co giãn của không gian - thời gian

of space-time has just muddled together

thứ mà ta từng cho là tách biệt. đều bị trộn lẫn

what we used to think of separately

as space and time.

This particular squashing effect

Kĩ thuật co này

is known as Lorentz contraction.

được gọi là nguyên lý co ngắn Lorentz

Okay, but I still don't look thin.

Thấy không, tôi vẫn thế.

No, yes, you do.

Tất nhiên rồi.

Now that we know better about space-time,

Khi đã hiểu hơn về không gian - thời gian

we should redraw

chúng ta nên vẽ lại

what the scene looked like to me.

khung cảnh từ hệ quy chiếu của tôi

To you, I appear Lorentz contracted.

Với anh, tôi dường như bị co ngắn theo nguyên lý Lorentz.

Oh but to you, I appear Lorentz contracted.

Ô còn với anh, tôi bị co ngắn theo nguyên lý Lorentz.

Yes.

Chính xác.

Uh, well, at least it's fair.

Ừ, ít ra cũng công bằng

And speaking of fairness,

Công bằng là bởi

just as space gets muddled with time,

không gian hoà trộn với thời gian,

time also gets muddled with space,

nên thời gian cũng hoà vào không gian,

in an effect known as time dilation.

đó là hiện tượng giãn nở thời gian.

Không, ở vận tốc thông thường

No, at everyday speeds,

such as Tom's car reaches,

như vận tốc ô tô của Tom,

actually all the effects are much, much smaller

các hiện tượng trên xuất hiện rất mờ nhạt

than we've illustrated them.

so với những gì được mô phỏng ở đây.

Oh, yet, careful experiments,

Tất nhiên. Những thí nghiệm cực kỳ cẩn thận,

for instance watching the behavior of tiny particles

như quan sát chuyển động siêu nhanh của các vi hạt

whizzing around the Large Hadron Collider

xung quanh vành va chạm Hadron

confirmed that the effects are real.

chứng minh rằng hiệu ứng này là có thật.

And now that space-time is

Khi sự tồn tại của không gian - thời gian, được xác nhận bằng thực nghiệm,

an experimentally confirmed part of reality,

we can get a bit more ambitious.

ta có thể tham lam thêm một tí.

What if we were to start playing

Sẽ ra sao nếu ta có thể chơi đùa

with the material of space-time itself?

với vật chất cấu tạo nên không gian - thời gian ?

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

Vấn đề sẽ được làm rõ trong tập kế tiếp.