Коротко про простір-час. Частина 2

Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці.

Світло — найшвидша річ у всесвіті, але його швидкість можна виміряти.
Уповільнивши анімацію, ми зможемо розглянути рух світлового сигналу за допомогою просторово-часової діаграми, яка на стосі слайдів анімації матиме такий вигляд.
На цьому уроці ми врахуємо такий експериментальний факт — щоразу, коли будь-хто вимірює швидкість світла, результат завжди один - 299792458 метрів на секунду.
Це означає, що коли ми зображаємо світло на нашій діаграмі, його світова лінія завжди повинна розташовуватися під одним і тим же кутом.
Але раніше ми бачили, що швидкість, або еквівалентний їй кут світової лінії змінюється, коли ми дивимося на речі з точки зору або системи відліку інших людей.
Щоб дослідити цю суперечність, погляньмо, що станеться, якщо я почну рухатися, тоді як я стоятиму нерухому і світитиму лазером в бік Тома.
Спершу нам потрібно побудувати діаграму простору-часу.
Беремо всі слайди, що показують різні моменти часу і складаємо їх разом.
Ми бачимо світову лінію світла від лазера під правильним фіксованим кутом, як і раніше.
Поки все йде добре.
Але ця просторово-часова діаграма показує систему відліку Ендрю.
Який вигляд це матиме для мене?
На минулому уроці ми показували, як перейти до системи відліку Тома, зсовуючи всі слайди, доки його світова лінія не стане вертикальною.
Але придивіться до світової лінії світла.
Зміщення слайдів спричинило занадто сильний її нахил.
Я виміряв швидкість світла більшою, ніж вона є для Ендрю.
Але всі будь-коли проведені експерименти, а ми робили їх дуже старанно, показують, що швидкість світла завжди однакова, незалежно хто її вимірював.
Спробуємо усе спочатку.
У 1900-х роках розумний хлопець Альберт Айнштайн розробив спосіб, який дозволив перейти до точки зору Тома, залишаючи швидкість світла незмінною і правильною.
По-перше, нам потрібно склеїти окремі слайди в один суцільний блок.
Це дає нам наш простір-час, перетворюючи його в однорідний і неперервний матеріал.
А тепер слідкуйте за руками.
Усе, що вам потрібно, — це розтягти блок простору-часу вздовж світової лінії світла, а потім настільки ж сплюснути його, але під прямим кутом до світової лінії світла.
І — абракадабра!
Світова лінія Тома стала вертикальною, то ж це справді показує нам світ з його точки зору.
Але, що найважливіше, світова лінія світла не змінила свого нахилу, і світло в системі відліку Тома матиме правильну швидкість.
Цей чудовий трюк відомий, як перетворення Лоренца.
І це більше, ніж просто трюк.
Розрізавши простір-час на нові слайди, ви отримаєте фізично правильну анімацію.
Я сиджу нерухомо в машині, все інше рухається повз мене, і швидкість світла має те саме фіксоване значення, яке всі отримують при вимірюваннях.
З іншого боку сталося щось дивне.
Відстані між стовпчиками огорожі більше не дорівнюють одному метру, і моя мама хвилюватиметься, що я виглядаю трішки тоншим.
Але це нечесно!
Чому я не можу виглядати тоншим?
Я вважав, що фізика повинна бути однаковою для всіх?!
Всі правильно, так і є.
Всі ці розтягування і стиснення простору-часу сплутали разом наші звичні уявлення про простір і час, як окремі сутності.
Цей конкретний ефект сплющування вздовж руху відомий як Лоренцове скорочення.
Але ж я все ще не тонкий!
Зараз я тобі все покажу.
Тепер, коли ми знаємо більше про простір-час, нам слід перейти в мою систему відліку.
Ти бачитимеш мене вкороченим у напрямку руху.
О, а для тебе я буду вкороченим вздовж руху?
Так.
Ну, це, принаймні, справедливо.
Якщо вже йдеться про справедливість, то так само як простір сплетений з часом, так і час сплетений з простором, що проявляється в ефекті уповільнення часу.
Не зовсім, на звичних нам швидкостях, як от швидкість машини Тома, всі ці ефекти насправді набагато, набагато слабкіші, ніж ми їх зображали.
Проте, дуже точні експерименти, як от спостереження за поведінкою частинок у Великому адронному колайдері, підтверджують, що ці ефекти реальні.
Зараз простір-час — експериментально підтверджена частина реальності.
І ми можемо стати сміливішими.
Що, якщо ми почнемо грати з самим простором-часом?
Ми дізнаємося про це в наступній серії.