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L'espace : c'est là que ça bouge.
Le temps : c'est quand tout se passe.
Nous pouvons mesurer où les choses sont
et quand les choses se déroulent,
mais dans la physique moderne,
nous nous rendons compte que quand et où
font réellement partie de la même question.
Parce que quand il s'agit de comprendre l'univers,
nous devons remplacer l'espace à trois dimensions plus le temps
par un concept unique :
l'espace-temps à quatre dimensions.
Nous allons explorer et expliquer l'espace-temps
dans cette série d'animations.
Animations ?
Oui.
Eh bien, nous ne sommes pas très animés, pas vrai ?
Bien sûr que si ! Regardez, je peux aller d'ici à ici.
Waouh ! Comment êtes-vous passé d'ici à là ?
À quelle vitesse êtes-vous allé ?
Avez-vous couru ? Marché ?
Êtes-vous même allé en ligne droite ?
Ah ! Pour y répondre, il va falloir que notre physique de dessin animé
ressemble plus à de la vraie physique.
Vous aurez besoin de plus de vignettes.
Plus de vignettes, s'il vous plaît !
Bon, dans chaque vignette, Andrew est dans un endroit légèrement différent.
Ainsi je peux voir que chacun d'entre eux enregistre
où Andrew est à une heure différente.
C'est super. Mais il serait plus facile de voir
ce qu'il se passe si on pouvait découper
toutes les centaines de vignettes et les empiler
comme un folioscope.
Bon, maintenant, nous allons feuilleter le livre
afin de pouvoir voir une vignette après l'autre
à la vitesse de 24 par seconde.
Vous voyez ! Je vous avais dit que c'était une animation.
Maintenant vous pouvez me voir me promener
Dessiner toutes ces vignettes et en faire un folioscope
est juste une façon d'enregistrer la façon dont je me déplace.
C'est comme ça que l'animation, ou même les films, fonctionnent.
Il s'avère que, à la vitesse à laquelle je marche,
Il faut deux secondes pour franchir chaque poteau de clôture,
et ils sont espacés de quatre mètres.
On peut donc calculer que ma vitesse --
à quelle vitesse je me déplace dans l'espace --
est de deux mètres par seconde.
Mais j'aurais pu trouver ça à partir des vignettes
sans les feuilleter.
Du bord du folioscope,
vous pouvez voir toutes les copies des poteaux de la clôture
et toutes les copies d'Andrew
et il est dans un endroit légèrement différent dans chacune d'elle.
On peut maintenant prévoir tout ce qui va arriver à Andrew
quand on feuillete 24 pages par seconde,
y compris sa vitesse de déplacement,
rien qu'en regardant.
Pas besoin de tout feuilleter
On appelle le bord de ce folioscope
le diagramme d'espace-temps
du parcours d'Andrew, vous l'aurez deviné,
à travers l'espace et le temps.
On appelle la ligne qui représente le voyage d'Andrew
sa ligne d'univers.
Si j'ai au lieu de marcher, je trottine,
je pourrais être capable de franchir un poteau de la clôture à chaque seconde.
Il n'est pas très sportif.
De toute façon, quand on regarde ce nouveau folioscope depuis le bord,
on peut faire la même analyse qu'avant.
La ligne d'univers pour Andrew quand il trottine
est plus inclinée
que la ligne d'univers pour Andrew quand il marche.
On peut dire qu'il va deux fois plus vite qu'avant
sans feuilleter les vignettes.
Mais voici le truc.
En physique, il est toujours bon de voir les choses sous d'autres perspectives.
Après tout, les lois de la physique
devraient être les mêmes pour tout le monde
ou personne ne va leur obéir.
Nous allons donc repenser notre dessin animé
et faire que la caméra suive Andrew quand il trottine
alors que les poteaux de la clôture approchent et passent derrière lui.
Toujours en visionnant ça comme un folioscope de vignettes,
on n'a pas besoin de redessiner quoi que ce soit.
On déplace simplement tous les cadres découpés légèrement
jusqu'à ce que la ligne d'univers inclinée d'Andrew
devienne complètement verticale.
Pour voir pourquoi, nous allons feuilleter.
Oui, maintenant je suis stationnaire, je trottine sur place,
au centre de la vignette.
Sur le bord du folioscope,
ma ligne d'univers allait tout droit vers le haut.
Les poteaux de clôture passent devant moi.
C'est maintenant leurs lignes d'univers qui sont inclinées.
Ce réarrangement des vignettes est appelé
une transformation galiléenne,
et il nous permet d'analyser la physique depuis d'autres points de vue.
Dans ce cas, le mien.
Après tout, il est toujours bon de voir les choses sous d'autres angles.
surtout quand ceux qui regardent se déplacent
à des vitesses différentes.
Tant que les vitesses ne sont pas trop élevées.
Si vous êtes un rayon cosmique se déplaçant à la vitesse de la lumière,
notre folioscope de votre point de vue s'écroule.
Pour empêcher que ça se produise,
il va falloir coller les vignettes ensemble.
Au lieu d'une pile de vignettes distinctes,
il va nous falloir un bloc solide d'espace-temps,
dont nous vous parleront dans l'animation suivante.