De game “Een langzamere lichtsnelheid” van MIT beweert effecten te simuleren van speciale relativiteitstheorie:
Visuele effecten van speciale relativiteitstheorie worden geleidelijk aan duidelijk voor de speler, waardoor de uitdaging van het spel wordt vergroot. Deze effecten, in realtime weergegeven tot hoekpuntnauwkeurigheid, omvatten het Doppler-effect (rood- en blauwverschuiving van zichtbaar licht en het verschuiven van infrarood en ultraviolet licht naar het zichtbare spectrum); het zoeklichteffect (verhoogde helderheid in de rijrichting); tijddilatatie (verschillen in het waargenomen tijdsverloop van de speler en de buitenwereld); Lorentz-transformatie (kromtrekken van de ruimte bij bijna-lichtsnelheden); en het runtime-effect (de mogelijkheid om objecten te zien zoals ze waren in het verleden, vanwege de reistijd van het licht).
Maar beperkt de weergave motor naar speciale relativiteitstheorie niet verschillende effecten missen die dicht bij de snelheid van het licht kunnen optreden? Ik denk vooral aan effecten gerelateerd aan traagheid en versnelling / rotatie van de waarnemer. Ontbreken er dus belangrijke effecten die het spel een nog realistischere simulatie van de beweging dichtbij de lichtsnelheid maken?
Reacties
- Uitstekende vraag – en bedankt voor de link. Ik ‘ ga daar dit weekend naar kijken. Na Devil ‘ s Tuning Fork, heb ik geprobeerd games te vinden met verschillende perceptieregels. devilstuningfork.com
- @RoryAlsop Als je van andere geometrie houdt, is er ook HyperRogue III (een schurkenachtig spel op een hyperbolisch vlak). Ik speel graag het veel.
- Dit artikel legt uit dat de speciale relativiteitstheorie volkomen zelfconsistent is met betrekking tot versnelling en rotatie – het ‘ s alleen dat de wiskunde ingewikkelder wordt in inerti alle systemen die versnellen / roteren.
Antwoord
Ik heb het spel gespeeld, zie mijn rapport:
en ik kom bij M. Buettner. Ik ben ervan overtuigd dat alle relativistische effecten zijn verwerkt. Het omvat de lengtecontractie in de bewegingsrichting, tijddilatatie, maar die fundamentele dingen worden snel veranderd door het feit dat het echt laat zien wat je “ziet” en niet wat “er is” bij een vaste waarde van je ogenblikkelijke coördinaat $ t “$.
Dus de effecten die” puur optisch “zijn en afhankelijk zijn van de voortplanting van licht en relativistische effecten die het veranderen, omvatten de relativistische Dopplerverschuiving – dingen veranderen de kleur onmiddellijk wanneer je de snelheid verandert, hoewel de verandering van uw locatie is in het begin verwaarloosbaar – en het krimpen van transversale richtingen als u vooruit gaat (of hun uitzetting als u achteruit gaat), waardoor het object verder lijkt (optisch kleiner) als u vooruit gaat. deze inkrimping kun je effectief “achter je hoofd” zien. Je ziet ook de dingen hoe ze er enige tijd geleden uitzagen.
Door de transversale inkrimping zie je ook rechte lijnen als gebogen als je snelheid is hoog genoeg. Men moet ook ver als de trams die voor u rijden van links naar rechts “worden geroteerd langs een verticale as”. Ik kon dit effect niet verifiëren, maar ik zie geen reden om te denken dat hun simulatie het verkeerd zou moeten doen.
Goed spel. Zie ook Real Time Relativity en Velocity Raptor . U kunt die bronnen vinden op mijn blog die bovenaan wordt genoemd.
Ik ben er echter van overtuigd dat de algemeen relativistische commentaren zijn stromannen. Als de ruimtetijd vlak is en er geen sterke zwaartekrachtvelden zijn, is er geen reden waarom de juiste simulatie rekening zou moeten houden met de algemene relativiteitstheorie. Speciale relativiteitstheorie is voldoende, ondanks het feit dat het kind (en de andere sterren van het spel) versnellen. Natuurlijk “scheurt” de versnelling vaste voorwerpen omdat de juiste lengtes asymmetrisch veranderen, enz. maar als het materiaal flexibel genoeg is, overleven de voorwerpen.
Opmerkingen
- Velocity Raptor is (ook) geweldig, bedankt voor het delen.
- Over je laatste paragraaf: ik heb ‘ Heb ik de simulatie gezien, maar Zou niet ‘ betekenen dat zon hoog momentum ook betekent dat er rekening moet worden gehouden met GR in plaats van met Newtoniaanse zwaartekracht?
Antwoord
Er zijn enkele serieuze problemen met het spel. Ik wou dat ik erover had gehoord in 2012, toen er misschien enige hoop was om ze op te lossen. Ik wou ook dat Luboš Motl de problemen in 2012 had opgemerkt.
Ik denk dat de simulatie van aberratie correct is. Het is moeilijk te zeggen over tijddilatatie en licht-reistijdvertraging, omdat er om te beginnen niet veel gebeurt in de gamewereld.
Het grootste probleem is dat de Doppler-shift-simulatie is belachelijk verkeerd.
Hier is een screenshot van het spel:
Hier “is een soortgelijke screenshot in rust genomen, waarop ik heeft een ” Doppler-verloop ” toegepast met behulp van Doppler-verschuivingscode van Backlight, de 4D-raytracer:
Ik zou de tweede afbeelding zeker niet als definitief beschouwen, maar het komt kwalitatief veel dichter bij hoe het spel eruit zou moeten zien. Witte objecten verlicht door sterlicht hebben ongeveer een zwart-lichaamsspectrum, dus toen Doppler verschoof ze moeten rood, wit of blauw zijn, nooit groen of paars. Objecten met onverzadigde kleuren moeten worden weergegeven als onverzadigde regenbogen (kijk naar de grond, die lichtblauw is in rust) en de helderheid moet vloeiend toenemen als je van rechts naar links kijkt.
De game is niet “open source”, maar de Doppler-shader is dat wel, dus nam ik een blik ernaar.
Het werkt door een lichtspectrum te raden (weergegeven als een som van Gaussianen in golflengteruimte) uit de RGB-componenten van de textuur, deze te schalen met de Doppler-verschuivingsfactor, en het te convolueren met benaderingen van de XYZ-kleuraanpassingsfuncties (ook sommen van Gaussianen), en vervolgens XYZ naar RGB converteren. Dat is redelijk.
Het eerste probleem is dat in plaats van een breed spectrum te raden dat een zonne-zwart lichaam benadert wanneer de kleur grijs / wit is, ze smalle spikes raden bij 463 nm, 550 nm en 615 nm. is niet realistisch, en het is de reden voor alle rare kleuren in de rechterhelft van de schermafbeelding.
De heldere kleuren aan de linkerkant zijn het gevolg van een andere vreemde ontwerpbeslissing. Samen met RGB ondersteunen ze IR- en UV-kleurkanalen die alleen zichtbaar zijn als ze Doppler zijn verschoven naar het zichtbare bereik, wat een goed idee is. Maar het zijn weer scherpe pieken in het spectrum, en de texturen regelen de golflengte van de pieken, terwijl de amplitudes vast zijn. Voor UV kies je een golflengte van 0 nm tot 380 nm (in feite een oneindig bereik), terwijl voor IR dit is s 700 nm tot 1100 nm (minder dan een 2: 1 bereik). De reden dat je heldere RGB-regenbogen in elke textuur ziet wanneer ze blauw zijn verschoven, maar niet wanneer ze rood zijn verschoven, heeft niets te maken met natuurkunde. Het is omdat je de verplichte UV-piek op 0 nm kunt plaatsen waar deze nooit zichtbaar zal zijn, maar je kunt de verplichte IR-piek niet verbergen.
De helderheidsschaling lijkt ook verkeerd te zijn. Ze vermenigvuldigen de breedte van de Gaussianen met de roodverschuivingsfactor, die de geïntegreerde energie met dezelfde factor schaalt, en vervolgens delen ze door de roodverschuivingsfactor in blokjes. Als gevolg hiervan is hun Stefan-Boltzmann-wet $ σT ^ 2 $ in plaats van $ σT ^ 4 $ . Ze hadden moeten worden gedeeld door de vijfde macht.
Er lijken ook problemen te zijn met de spectrum-naar-RGB-conversiecode – de regenboog aan de linkerkant zou ROYGBIV-strepen hebben, niet alleen RGB, indien correct geconverteerd.
Een ander klein probleem is dat ze de effecten lijken te berekenen op basis van hoe hard je op de joystick drukt, niet op hoe snel je werkelijk beweegt. De bewegende geesten zien er bijvoorbeeld rood / blauwverschoven uit als je stilstaat, maar als je voor één staat en je laat duwen, blijft hij blauwverschoven, hoewel hij nu stilstaat ten opzichte van jou, en er zijn geen bewegingseffecten op de achtergrond, hoewel het beweegt. De rood / blauwverschuiving van de geesten lijkt ook niet te veranderen als de lichtsnelheid ogenschijnlijk afneemt.
De ” wat “gaande is ” supplement aan het einde (ook downloadbaar in Powerpoint-formaat van de website) bevat enkele fouten.
Licht gedraagt zich ook als een stroom deeltjes die fotonen worden genoemd. Wanneer je naar een stroom fotonen rent, raken meer fotonen je en wordt het object helderder. Dit effect wordt ook wel relativistische aberratie genoemd.
Ten eerste zijn deze effecten klassiek, dus kwantisering is niet relevant. Ten tweede is de verhoogde snelheid van fotonabsorptie slechts verantwoordelijk voor een klein deel van de helderheid toenemen. Ten derde verwijst aberratie naar een verandering van hoek, niet naar meer fotonen die je raken.
Op deze dia staat ook een afbeelding met de titel ” naar links, de objecten aan de linkerkant zijn helderder dan de objecten aan de rechterkant “, ook al is dat duidelijk niet waar in de afbeelding (die vergelijkbaar is met de afbeelding bovenaan dit antwoord) . Het zou natuurlijk waar moeten zijn. Het is moeilijk voor mij om te begrijpen dat ze nooit op enig moment in de ontwikkeling hebben ontdekt dat hun arcering bugs bevatte, gezien de gekke output.
Je moet veel dichter bij de lichtsnelheid zijn om de meer dramatische effecten van Lorentz-transformatie op te merken in vergelijking met de Doppler- en zoeklichteffecten. Aan het einde van het spel worden de Doppler- en zoeklichteffecten verwijderd om de Lorentz-transformatie gemakkelijker te kunnen zien.
Hier zeggen ze ” Lorentz-transformatie ” maar lijkt op een afwijking te duiden. De Lorentz-transformatie is niet “t een ” effect “; het is gewoon een manier om tussen coördinatensystemen te converteren. Coördinatensystemen hebben geen betekenis en hebben geen invloed op wat u ziet.
Objecten die normaal buiten uw gezichtsveld vallen, kunnen zichtbaar worden wanneer u zich in de buurt van de lichtsnelheid beweegt , zoals je ze ziet zoals ze waren in het verleden.
Ja, je ziet ze zoals ze waren in het verleden, maar je ziet ze in hetzelfde verleden tijd, ongeacht hoe snel je beweegt (klokken zullen bijvoorbeeld dezelfde aflezing tonen, onafhankelijk van je snelheid). Uw gezichtsveld wordt breder wanneer u vooruitgaat vanwege aberratie, wat het gemakkelijkst kan worden begrepen als een lokaal effect door beweging van uw camera / oog, zoals hier .
