Princípios básicos do espaço-tempo: Parte 1 — Andrew Pontzen e Tom Whyntie

Vejam a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/the-fundamentals-of-space-time-part-1-andrew-pontzen-and-tom-whyntie

O espaço é onde as coisas acontecem. O tempo é quando as coisas acontecem. Às vezes, para vermos realmente o universo, precisamos de pegar nestes dois conceitos e misturá-los. Nesta primeira lição de uma série de três partes sobre o espaço-tempo, os divertidos apresentadores Andrew Pontzen e Tom Whyntie explicam os princípios básicos do espaço e do tempo individualmente e utilizam um caderno de imagens para ilustrar como podemos começar a vê-los em conjunto.

Lição de Andrew Pontzen e Tom Whyntie, animação de Giant Animation Studios.

Andrew: Espaço: é onde as coisas acontecem.

Tom: Tempo: é quando as coisas acontecem.

A: Podemos medir onde as coisas estão...

T: ... e quando as coisas acontecem.

A: Mas, na física moderna,

apercebemo-nos de que
o onde e o quando

fazem parte da mesma questão.

T: Porque, quando se trata
de compreender o universo,

precisamos de substituir
o espaço a 3 dimensões, mais o tempo,

por um conceito único:

o espaço-tempo a 4 dimensões.

A: Vamos explorar e explicar o espaço-tempo

nesta série de animações.

T: Animações?

A: Sim.

T: Bem, nós não somos lá
muito animados, pois não?

A: Claro que somos! Olha,
eu consigo ir daqui para aqui.

T: Ena! Como é que foste daqui para aí?

A que velocidade foste?

Foste a correr? A andar?

Foste em linha recta?

A: Ah! Para responder a isso, temos de fazer
com que a nossa física em desenhos animados

se pareça mais com a física a sério.

Vamos precisar de mais painéis.

T: Mais painéis, se faz favor!

Ok. Em cada painel o Andrew
está num local ligeiramente diferente.

Assim conseguimos ver
cada um dos registos

em que Andrew está
em cada tempo diferente.

Isso é óptimo.

Mas seria mais fácil
ver o que está a acontecer

se conseguíssemos cortar
as centenas de painéis

e empilhá-los uns por cima dos outros,

como se fossem um "flip book"
(livro animado).

Certo, então vamos folhear o "flip book"

para conseguirmos ver
um painel a seguir ao outro,

fazendo passar 24 painéis por segundo.

A: Vês? Eu disse-te que era uma animação.

Agora podes ver-me a andar.

Desenhar estes painéis todos e
colocá-los num "flip book"

é apenas uma forma de registar
a forma como estou a deslocar-me.

É como funciona a animação,
ou mesmo os filmes.

Podemos observar que,
à velocidade com que eu ando,

levo dois segundos a passar
por cada poste da vedação,

e eles têm um intervalo
de quatro metros entre si.

Então podemos calcular
que a minha velocidade

— a rapidez a que me desloco no espaço —

é de dois metros por segundo.

T: Mas eu podia ter chegado lá
a partir dos painéis

sem ter de os folhear.

Vendo o "flip book" de lado,

conseguimos ver todas
as cópias dos postes da vedação

e todas as cópias de Andrew.

Ele está num local ligeiramente
diferente em cada imagem.

Agora conseguimos prever
tudo o que vai acontecer a Andrew

quando folheamos 24 páginas
por segundo,

incluindo a velocidade
do movimento dele,

só de olhar.

Não é preciso folhear nada.

A vista lateral do "flip book"

é conhecida como um
"diagrama espaço-tempo"

do percurso de Andrew
através de... adivinhaste,

do espaço e do tempo.

Chamamos à linha que representa
o percurso de Andrew

a sua geodésica.

A: Se eu for a correr em vez de ir a andar,

talvez consiga passar
um poste da vedação por segundo.

T: Ele não é lá muito atlético.

De qualquer forma, quando olhamos
para este novo "flip book" de lado,

podemos fazer a mesma análise
que fizemos anteriormente.

A geodésica para Andrew
a correr é mais inclinada

do que a geodésica para Andrew a andar.

Conseguimos ver que ele vai
duas vezes mais depressa do que antes

sem folhearmos os painéis.

Mas esta é a parte inteligente.

Em física, é sempre bom ver
as coisas de outras perspectivas.

Afinal, as leis da física

são as mesmas para toda a gente,

se não, ninguém lhes obedecia.

Então vamos repensar
o nosso desenho animado

e fazer a câmara seguir
Andrew a correr,

à medida que os postes da vedação
se aproximam e passam por ele.

Sempre a ver como um caderno
de imagens feito de painéis,

não precisamos de redesenhar nada.

Basta deslocar
todas as imagens ligeiramente

até que a geodésica inclinada de Andrew

fique completamente vertical.

Para perceber porquê,
vamos folhear o livro.

A: Sim, agora estou parado, só a correr

sem sair do lugar, no centro do painel.

Na vista lateral do "flip book",

a minha geodésica
estava a ir direitinha para cima.

Os postes da vedação
estão a passar por mim.

Agora são as geodésicas
deles que estão inclinadas.

Este rearranjo dos painéis é conhecido

por "transformação de Galileu".

Permite-nos analisar a física
na perspectiva de outra pessoa.

Neste caso, na minha.

T: Afinal de contas, é sempre bom
ver as coisas de outros pontos de vista.

A: Sobretudo quando os observadores
estão em movimento

a velocidades diferentes.

T: Desde que as velocidades
não sejam demasiado altas.

Se fosses um raio cósmico
a deslocar-se à velocidade da luz,

o nosso "flip book", do teu
ponto de vista, escangalhava-se.

A: Para impedir que isso aconteça,

temos de colar os painéis
para ficarem juntos.

Em vez de uma pilha de painéis separados,

precisamos de um bloco
espaço-tempo sólido.

T: Que é o que vamos ver
na próxima animação.