Light: it's the fastest thing in the universe, but we can still measure its speed if we slow down the animation, we can analyze light's motion using a space-time diagram, which takes a flipbook of animation panels, and turns them on their side. In this lesson, we'll add the single experimental fact that whenever anyone measures just how fast light moves, they get the same answer: 299,792,458 meters every second, which means that when we draw light on our space-time diagram, it's world line always has to appear at the same angle. But we saw previously that speed, or equivalently world line angles, change when we look at things from other people's perspective. To explore this contradiction, let's see what happens if I start moving while I stand still and shine the laser at Tom. First, we'll need to construct the space-time diagram. Yes, that means taking all of the different panels showing the different moments in time and stacking them up. From the side, we see the world line of the laser light at its correct fixed angle, just as before. So far, so good. But that space-time diagram represents Andrew's perspective. What does it look like to me? In the last lesson, we showed how to get Tom's perspective moving all the panels along a bit until his world line is completely vertical. But look carefully at the light world line. The rearrangement of the panels means it's now tilted over too far. I'd measure light traveling faster than Andrew would. But every experiment we've ever done, and we've tried very hard, says that everyone measures light to have a fixed speed. So let's start again. In the 1900s, a clever chap named Albert Einstein worked out how to see things properly, from Tom's point of view, while still getting the speed of light right. First, we need to glue together the separate panels into one solid block. This gives us our space-time, turning space and time into one smooth, continuous material. And now, here is the trick. What you do is stretch your block of space-time along the light world line, then squash it by the same amount, but at right angles to the light world line, and abracadabra! Tom's world line has gone vertical, so this does represent the world from his point of view, but most importantly, the light world line has never changed its angle, and so light will be measured by Tom going at the correct speed. This superb trick is known as a Lorentz transformation. Yeah, more than a trick. Slice up the space-time into new panels and you have the physically correct animation. I'm stationary in the car, everything else is coming past me and the speed of light works out to be that same fixed value that we know everyone measures. On the other hand, something strange has happened. The fence posts aren't spaced a meter apart anymore, and my mom will be worried that I look a bit thin. But that's not fair. Why don't I get to look thin? I thought physics was supposed to be the same for everyone. Yes, no, it is, and you do. All that stretching and squashing of space-time has just muddled together what we used to think of separately as space and time. This particular squashing effect is known as Lorentz contraction. Okay, but I still don't look thin. No, yes, you do. Now that we know better about space-time, we should redraw what the scene looked like to me. To you, I appear Lorentz contracted. Oh but to you, I appear Lorentz contracted. Yes. Uh, well, at least it's fair. And speaking of fairness, just as space gets muddled with time, time also gets muddled with space, in an effect known as time dilation. No, at everyday speeds, such as Tom's car reaches, actually all the effects are much, much smaller than we've illustrated them. Oh, yet, careful experiments, for instance watching the behavior of tiny particles whizzing around the Large Hadron Collider confirmed that the effects are real. And now that space-time is an experimentally confirmed part of reality, we can get a bit more ambitious. What if we were to start playing with the material of space-time itself? We'll find out all about that in the next animation.
Cahaya adalah benda tercepat di semesta, tapi kita bisa menghitung kecepatannya. Jika kita memperlambat pergerakannya, kita dapat menganalisis laju cahaya dengan diagram ruang dan waktu<i>,</i> menggunakan sebuah <i>flipbook </i>panel animasi, dan mengubah ke sisi sebaliknya. Pada pelajaran ini, kita akan menambah fakta eksperimental tunggal yang mana setiap kali seseorang mengukur seberapa cepat laju cahaya, mereka dapat jawaban yang sama: 299.792.458 meter per detik, yang artinya ketika kita menggambar cahaya pada diagram ruang-waktu, garis dunia selalu tampak pada sudut yang sama. Tapi kita sebelumnya lihat bahwa kecepatan atau sudut garis dunia yang sama berubah ketika kita melihat sesuatu dari sudut pandang orang lain. Untuk mendalami kontradiksi ini, mari lihat yang terjadi jika aku bergerak sementara aku berdiri dan menyorotkan laser ke Tom. Pertama, kita perlu menyusun diagram ruang-waktu. Benar, yang artinya tiap panel menunjukkan momen yang berbeda dan menyusunnya ke atas. Dari sini, kita lihat garis dunia dari sinar laser pada sudut tetap, sama seperti sebelumnya. Sejauh ini tidak ada kesulitan. Tapi diagram ruang-waktu ini mewakili pandangan Andrew. Bagaimana diagram itu dari pandanganku? Dari pelajaran terakhir, kita lihat cara membuat perspektif Tom menggerakkan seluruh panel sedikit demi sedikit hingga garis dunianya benar-benar vertikal. Tapi perhatikan garis dunia cahaya. Penyusunan ulang panel berarti memiringkannya terlalu jauh. Aku akan mengukur laju cahaya lebih cepat daripada Andrew. Tapi setiap percobaan yang kami lakukan dan kami coba dengan susah payah menyimpulkan setiap orang mengukur cahaya untuk mendapatkan kecepatan tetap. Mari mulai kembali. Pada tahun 1900-an, seorang pria pintar bernama Albert Einstein mengetahui cara melihat sesuatu dengan tepat, dari sudut pandang Tom, dan tetap menemukan laju cahaya yang tepat. Pertama, kita perlu merekatkan panel yang terpisah menjadi satu blok padat. Ini memberikan kita ruang-waktu, mengubah ruang dan waktu menjadi satu bahan halus yang berkelanjutan. Dan sekarang, inilah triknya. Apa yang Anda lakukan adalah meregangkan blok ruang-waktu sepanjang garis dunia cahaya kemudian meremasnya dengan jumlah yang sama, tapi pada sudut kanan garis dunia cahaya dan abrakadabra! Garis dunia milik Tom menjadi vertikal, ini mewakili dunia dari sudut pandangnya, tapi yang terpenting, garis dunia cahaya tidak berubah sudutnya, dan cahaya yang akan diukur oleh Tom berjalan dengan kecepatan yang tepat. Trik luar biasa ini dikenal sebagai Transformasi Lorentz. Ya, lebih dari sekedar trik. Memotong ruang-waktu menjadi panel baru dan kamu dapat animasi fisik yang benar. Aku diam di dalam mobil, semuanya melewatiku dan kecepatan cahaya berhasil menjadi nilai yang tetap sama yang kita tahu semua mengukurnya. Di sisi lain, sesuatu janggal terjadi. Pagar tidak berjarak satu meter lagi, dan ibuku akan menjadi khawatir karena aku terlihat sedikit kurus. Ini tidaklah adil. Mengapa aku tidak terlihat kurus? Kupikir hukum fisika seharusnya sama untuk semua orang. Iya, tidak, sekarang kamu melakukannya. Semua peregangan dan pemerasan dari ruang-waktu<i> </i>mencampuradukan apa yang tadinya kita pikir terpisah sebagai ruang dan waktu. Efek memeras ini dikenal dengan Kontraksi Lorentz. Tapi aku tak tampak kurus. Tidak, iya, kamu kurus. Sekarang kita lebih paham tentang ruang-waktu. Ayo kita gambar ulang bagaimana pemandangan itu bagiku. Bagimu, aku seperti Kontraksi Lorentz. Oh, tapi bagimu, aku seperti Kontraksi Lorentz. Benar. Baiklah, setidaknya ini adil. Dan berbicara keadilan, seperti ruang bercampur dengan waktu, waktu juga bercampur dengan ruang, efek ini dikenal sebagai dilatasi waktu. Tidak, dalam laju harian, seperti dengan mobil Tom, sebenarnya semua efeknya jauh lebih kecil dari yang diilustrasikan. Namun, pada eksperimen yang cermat, misalnya mengamati perilaku partikel kecil berputar di sekitar Large Hadron Collider memastikan bahwa efeknya nyata. Kini ruang-waktu ini bagian realitas yang dikonfirmasi secara eksperimental, kita bisa menjadi sedikit lebih ambisius. Bagaimana jika kita mulai bermain dengan materi ruang-waktu itu sendiri? Kita akan mengetahui semuanya di animasi berikutnya.