Коротко про простір-час. Частина 1
Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці.
Простір — це те, де щось відбувається, або міститься.
Час — це те, коли щось відбувається.
Ми можемо визначити й те, де містяться речі, і те, коли з речами відбуваються якісь зміни.
Але в сучасній фізиці ми розуміємо, що коли й де є частинами одного і того ж запитання.
Тому що, як тільки справа доходить до розуміння всесвіту, нам потрібно замінити тривимірний простір плюс час єдиною концепцією — чотиривимірним простором-часом.
Ми докладно розглянемо простір-час у цій серії анімацій.
Анімацій?
Так.
Але ж ми не мульт-герої!
А хто ж іще?
Дивись, я можу потрапити звідси сюди.
Ова, як ти потрапив звідти сюди?
Як швидко ти рухався?
Ти біг, чи йшов?
Ти рухався по прямій?
Що ж, щоб відповісти на всі ці запитання, нам потрібно зробити фізичний мультик, щоб зробити фізику більш фізичною.
Потрібно як найбільше слайдів.
Більше слайдів, будь ласка!
Гаразд, на кожному слайді Ендрю щоразу трохи в іншому місті.
Я можу бачити кожен слайд, на якому Ендрю зображений в певний момент часу.
Чудово, але було б краще побачити, що відбувається, якби ми могли вирізати всі ці кадри й скласти їх у стос, щоб у нас вийшов блокнот з картинками.
А тепер погортаємо блокнот так, щоб ми бачили слайди один за одним з частотою 24 слайди на секунду.
Бачиш, я ж казав тобі, що це анімація?
Зараз ви бачите, як я іду.
Малювання цих слайдів і складання їх в блокнот один зі способів записати мій рух.
Саме так створюють мультфільми й навіть кіно.
Виявляється, що з моєю швидкістю мені потрібно 2 секунди, аби пройти відстань між стовпчиками, яка становить 4 метри.
Таким чином ми можемо розрахувати мою швидкість, тобто наскільки швидко я переміщаюся в просторі.
І вона дорівнює 2 метри на секунду.
Але я міг би отримати відповідь зі слайдів навіть не гортаючи їх.
Якщо подивитися на стопу слайдів, ви побачите всі зображення паркану і всі зображення Ендрю, і на кожному зі слайдів він дещо в іншому місці.
Тепер ми можемо передбачити, що відбуватиметься з Ендрю, якщо гортатимемо блокнот зі швидкістю 24 сторінки за секунду.
Ми навіть дізнаємося швидкість його руху просто в процесі.
Його навіть не треба гортати.
Стос листків цього блокнота відомий як просторово-часова діаграма подорожі Ендрю через простір і час.
Лінія, яка визначає шлях Ендрю, називається світовою лінією.
Якщо я буду бігти, а не йти, то зможу пробігати повз кожен стовпчик паркану за 1 секунду.
Спортсмен з нього нікудишній.
І якщо подивитися на цей новий блокнот збоку, ми зможемо зробити такий же аналіз, як і раніше.
Світова лінія Ендрю, що біжить, нахилена більше, ніж світова лінія Ендрю, що йде.
Ми можемо побачити, що він рухається вдвічі швидше, ніж раніше, навіть не гортаючи слайди.
Але тут є одна хитрість.
У фізиці завжди буває корисно поглянути на речі з іншої точки зору.
Зрештою, закони фізики повинні бути однаковими для всіх, інакше ніхто не буде підпорядковуватися їм.
Давайте по іншому подивимося на наш мультик.
Зробімо так, щоб камера слідувала разом з Ендрю у той час, як він рухатиметься вздовж стовпчики огорожі.
Проте, розглядаючи цей рух як стос слайдів, нам не потрібно нічого перемальовувати.
Ми просто злегка змістимо обрані слайди, доки похила світова лінія Ендрю не стане абсолютно вертикальною.
Аби зрозуміти навіщо це, погортаємо блокнот.
Так, тепер я фактично нерухомий, тобто просто біжу на місті в центрі слайда.
У стосі слайдів моя світова лінія спрямована вгору.
Стовпчики огорожі проходять повз мене.
Зараз їхні світові лінії нахилені.
Таке зміщення слайдів відоме як "перетворення Галілея".
І це дозволяє нам аналізувати фізику з точки зору іншого об’єкта.
У нашому випадку — з моєї.
Крім того, дуже добре іноді добре бачити речі з інших точок зору.
Особливо, якщо спостерігачі рухаються з різними швидкостями.
Допоки швидкості не надто високі.
Якщо ви космічні промені, що рухаються зі швидкістю світла, цей блокнот з вашої точки зору просто розлетиться.
Щоб перешкодити цьому, нам треба розклеїти слайди разом.
Замість стопи окремих слайдів нам буде потрібно цілий блок простору-часу.
Про який ми вам розповімо в наступному відео.
