Quão realista é o jogo “ Uma velocidade mais lenta da luz ”?

Já joguei, veja meu relatório:

• http://motls.blogspot.ca/2012/11/a-slower-speed-of-light-mit.html?m=1

e eu junte-se a M. Buettner. Estou confiante de que todos os efeitos relativísticos foram incorporados. Inclui a contração do comprimento na direção do movimento, dilatação do tempo, mas essas coisas básicas são rapidamente alteradas pelo fato de que realmente mostra o que você “vê” e não o que “está lá” em um valor fixo de sua coordenada instantânea $ t “$.

Portanto, os efeitos que são” puramente ópticos “e dependem da propagação da luz e os efeitos relativísticos, mudando-os, incluem o deslocamento Doppler relativístico – as coisas mudam a cor imediatamente quando você muda a velocidade, embora a mudança de sua localização é insignificante no início – e o encolhimento das direções transversais se você “estiver se movendo para frente (ou sua expansão se você mover para trás), o que faz o objeto parecer” mais longe “(opticamente menor) se você estiver se movendo para frente. esta redução, você pode efetivamente ver “atrás da sua cabeça”. Você também vê as coisas como elas pareciam há algum tempo atrás.

Por causa da redução transversal, você também verá linhas retas como curvas se sua velocidade for alto o suficiente. Deve-se também ver Verifique se os bondes que se movem à sua frente da esquerda para a direita são “girados ao longo de um eixo vertical”. Não consegui verificar esse efeito, mas não vejo razão para pensar que sua simulação deva fazer isso incorretamente.

Bom jogo. Veja também Relatividade em tempo real e Velocity Raptor . Você pode acessar as fontes do meu blog mencionadas no topo.

No entanto, estou confiante de que os comentários “relativísticos gerais” são espantalhos. Se o espaço-tempo for plano, e na ausência de campos gravitacionais fortes, é, não há razão para que a simulação adequada deva considerar a relatividade geral. A relatividade especial é suficiente, apesar do fato de que a criança (e as outras estrelas do jogo) estão acelerando. Claro, a aceleração “rasga” objetos sólidos porque os comprimentos adequados mudam assimetricamente etc. mas se o material for flexível o suficiente, os objetos sobrevivem.

Comentários

• Velocity Raptor é (também) ótimo, obrigado por compartilhar.
• Sobre seu último parágrafo: Eu não ‘ Não vi a simulação, mas não ‘ um momento tão alto também significaria que GR deve ser considerada, em vez da gravidade newtoniana?

Existem alguns problemas sérios com o jogo. Eu gostaria de ter ouvido falar sobre isso em 2012, quando poderia haver alguma esperança de consertá-los. Eu também gostaria que Luboš Motl tivesse notado os problemas em 2012.

Acho que a simulação da aberração está correta. É difícil dizer sobre a dilatação do tempo e o atraso no tempo de viagem da luz porque não há muito acontecendo no mundo do jogo para começar.

O maior problema é que a simulação de deslocamento Doppler está ridiculamente errado.

Aqui está uma captura de tela do jogo:

Aqui está uma captura de tela semelhante tirada em repouso, para a qual eu aplicou um ” gradiente Doppler ” usando o código de deslocamento Doppler da luz de fundo, o raytracer 4D:

Eu certamente não consideraria a segunda imagem como definitiva, mas é qualitativamente muito mais próxima de como o jogo deveria parecer. Objetos brancos iluminados pela luz das estrelas têm aproximadamente um espectro de corpo negro, então quando Doppler mudou eles devem ser vermelho, branco ou azul , nunca verde ou roxo. Objetos com cores dessaturadas devem aparecer como arco-íris dessaturados (observe o solo, que é azul claro em repouso). E o brilho deve aumentar suavemente enquanto você olha da direita para a esquerda.

O jogo não é de código aberto, mas o Doppler shift shader é, então eu peguei uma olhada nela.

Ele funciona adivinhando um espectro de luz (representado como uma soma de gaussianas no espaço de comprimento de onda) dos componentes RGB da textura, escalando-o pelo fator de deslocamento Doppler, convolvendo-o com aproximações das funções de correspondência de cores XYZ (também somas de Gaussianas) e, em seguida, convertendo XYZ em RGB. Isso é razoável.

O primeiro problema é que em vez de adivinhar um amplo espectro que se aproxima de um corpo negro solar quando a cor é cinza / branco, eles adivinham picos estreitos em 463 nm, 550 nm e 615 nm. não é realista e é a razão de todas as cores estranhas na metade direita da captura de tela.

As cores brilhantes à esquerda são devido a outra decisão de design estranha. Junto com RGB, eles suportam Canais de cores IV e UV que podem ser vistos apenas quando eles são Doppler mudados para a faixa visível, o que é uma boa ideia. Mas eles “são novamente picos agudos no espectro, e as texturas controlam o comprimento de onda dos picos, enquanto as amplitudes são fixas. Para UV, você escolhe um comprimento de onda de 0 nm a 380 nm (efetivamente uma faixa infinita), enquanto para IR isso” s 700nm a 1100nm (menos de uma faixa de 2: 1). A razão pela qual você vê arco-íris RGB brilhantes em todas as texturas quando desviada para o azul, mas não quando desviada para o vermelho, não tem nada a ver com a física. É porque você pode colocar o pico de UV obrigatório em 0 nm onde ele nunca será visível, mas você não pode ocultar o pico de IV obrigatório.

A escala de brilho também parece estar errada. Eles multiplicam a largura das gaussianas pelo fator de desvio para o vermelho, que dimensiona a energia integrada pelo mesmo fator, e então dividem pelo fator de desvio para o vermelho ao cubo. Como resultado, a lei de Stefan-Boltzmann é $ σT ^ 2 $ em vez de $ σT ^ 4 $ . Eles deveriam ser divididos pela quinta potência.

Também parece haver problemas com o código de conversão de espectro em RGB – o arco-íris à esquerda teria listras ROYGBIV, não apenas RGB, se convertido corretamente.

Outro problema menor é que eles parecem calcular os efeitos com base na força com que você está pressionando o joystick, não na velocidade com que você está realmente se movendo. Por exemplo, os fantasmas em movimento aparecem desviados para vermelho / azul quando você está parado, mas se você ficar na frente de um e deixá-lo empurrá-lo, ele permanece desviado para o azul, embora agora esteja estacionário em relação a você e não haja efeitos de movimento no fundo, embora esteja em movimento. O deslocamento vermelho / azul dos fantasmas também não parece mudar conforme a velocidade da luz diminui ostensivamente.

O ” o que está acontecendo ” suplemento no final (também para download em formato PowerPoint no site) contém alguns erros.

A luz também se comporta como um fluxo de partículas chamadas fótons. Quando você corre em direção a um fluxo de fótons, mais fótons o atingem e o objeto fica mais brilhante. Este efeito também é conhecido como Aberração Relativística.

Primeiro, esses efeitos são clássicos, portanto a quantização é irrelevante. Segundo, o aumento da taxa de absorção de fótons é responsável por apenas uma pequena parte do brilho aumentar. Terceiro, aberração se refere a uma mudança de ângulo, não a mais fótons atingindo você.

Neste slide, há também uma imagem com a legenda ” movendo para a esquerda, o os objetos à esquerda são mais brilhantes do que os objetos à direita “, embora isso claramente não seja verdade na imagem (que é semelhante à imagem no topo desta resposta) . Deve ser verdade, é claro. É difícil para mim entender como eles nunca, em nenhum ponto do desenvolvimento, descobriram que seu sombreador estava cheio de erros devido à sua saída maluca.

Você tem que estar muito mais próximo da velocidade da luz para notar os efeitos mais dramáticos da Transformação de Lorentz em comparação com os efeitos Doppler e Searchlight. No final do jogo, os efeitos Doppler e Searchlight são removidos para tornar a Transformação de Lorentz mais fácil para você ver.

Aqui eles dizem ” Transformação de Lorentz ” mas parece significar uma aberração. A transformação de Lorentz não é “t um ” efeito “; é apenas uma maneira de converter entre sistemas de coordenadas. Os sistemas de coordenadas não têm sentido e não afetam o que você vê.

Objetos normalmente além do seu campo de visão podem se tornar visíveis quando você se move próximo à velocidade da luz , como você os vê como eram no passado.

Sim, você os vê como eram no passado, mas os vê no mesmo passado não importa o quão rápido você esteja se movendo (os relógios mostrarão a mesma leitura independente de sua velocidade, por exemplo). Seu campo de visão aumenta quando você avança por causa da aberração, que é mais facilmente entendida como um efeito local devido ao movimento de sua câmera / olho, como pode ser visto aqui .