Nave espacial com teoria da relatividade aplicada

 (dmytry.github.io)
1 pontos por GN⁺ 2024-02-06 | 1 comentários | Compartilhar no WhatsApp
  • Relativistic Spaceship é uma ferramenta de visualização relativística que mostra como o estado de voo muda quando a velocidade de uma nave espacial se aproxima da velocidade da luz
  • A tela mostra, em conjunto, a velocidade em relação à velocidade da luz, o valor de γ, a distância em anos-luz, o coeficiente Doppler, o tempo da nave e o tempo do mundo
  • O estado inicial começa com velocidade de 0%, γ = 1, distância de 0 ano-luz, coeficiente Doppler 1 e tempo de 0 ano
  • O código-fonte está disponível no GitHub, permitindo verificar diretamente como funciona e como foi implementado
  • A implementação é baseada em Three.JS WebGL, e a documentação da licença do three.js está vinculada separadamente

Valores exibidos na tela de voo relativístico

  • Relativistic Spaceship é uma ferramenta de visualização de voo relativístico criada por Dmytry Lavrov
  • Os principais valores que podem ser conferidos na tela são os seguintes
    • Velocidade da nave em relação à velocidade da luz

    • Valor de γ

      • Distância em anos-luz
      • Coeficiente Doppler no centro da tela
      • Coeficiente Doppler máximo
      • Tempo da nave em anos
      • Tempo do mundo em anos
      • A tela inicial é exibida no estado de velocidade 0%, γ = 1, distância de 0 ano-luz, coeficiente Doppler 1 e tempo de 0 ano

Código-fonte e tecnologias de implementação

Leituras relacionadas

1 comentários

 
GN⁺ 2024-02-06
Opiniões no Hacker News

  • Visualizou bem as propriedades contraintuitivas da relatividade especial
    É surpreendente que, se uma espaçonave pudesse continuar acelerando a 1G, seria possível chegar ao centro da Via Láctea em menos de 20 anos no tempo da nave
    Claro que, na Terra, teriam se passado 27.900 anos, então não haveria ninguém para ouvir suas histórias das férias

    • Também seria preciso se preocupar em sobreviver durante a viagem
      Cada átomo do meio interestelar danificaria a espaçonave, possivelmente atravessando o veículo inteiro, e a repulsão eletromagnética só funciona com partículas carregadas
    • Impossível
      Nem mesmo em teoria existe algo que possa ser colocado numa espaçonave para permitir aceleração contínua de 1G
      Não me lembro exatamente qual é a variação máxima de velocidade alcançável, mas não é uma grande fração da velocidade da luz; mesmo com uma hipótese maluca como levar um pequeno buraco negro e converter massa em energia com 40% de eficiência, acho que ficava em torno de 60% da velocidade da luz
    • 1G é uma aceleração enorme de manter, então não dá para dizer “só”
      Fazendo as contas, a energia necessária é basicamente do nível de exigir um foguete feito apenas de antimatéria e uma massa semelhante de matéria comum para reagir com ela
      Quando se fala em viagens de longa distância no espaço com aceleração constante, os valores geralmente ficam na casa de alguns milésimos de 1G
    • É algo que realmente dá um nó na cabeça
      Uma viagem de ida e volta consumiria a maior parte de uma vida humana normal, mas, se a Terra ainda existisse quando você voltasse, pareceria que você viajou para o futuro 55.000 anos à frente
    • Mesmo que 27.900 anos se passem na Terra, por causa da obsolescência tecnológica constante talvez ainda dê para contar as histórias das férias para as pessoas do futuro quando elas ultrapassarem você

  • Depois de cerca de 850 anos no tempo da nave em aceleração máxima, o universo terá 10^30 anos
    A essa altura, restarão apenas anãs brancas, estrelas de nêutrons e vários remanescentes estelares; as galáxias terão se dispersado, e estrelas como o Sol serão uma lembrança distante
    Claro, não dá para descartar a possibilidade de ainda existir alguém para lembrar. A vida poderia extrair energia por tempos muito longos agarrada a estruturas ao redor de buracos negros ou anãs brancas
    Ainda estaria muito longe do momento em que o universo se torna um mar indistinguível de partículas de entropia, como na “morte térmica”, mas já seria um lugar completamente diferente

    • Uma sociedade tecnologicamente avançada poderia usar isso como uma espécie de pena quase equivalente à morte
      Algo como: “Você não é seguro para ficar perto do nosso povo, então vamos enviá-lo para o fim dos tempos”

  • Se você se interessa por esses efeitos relativísticos, há um conjunto de ferramentas chamado OpenRelativity que pode ser usado para gráficos de simulação em velocidades próximas à da luz: http://gamelab.mit.edu/research/openrelativity/
    Ele também foi usado no jogo gratuito “A Slower Speed of Light”
    http://gamelab.mit.edu/games/a-slower-speed-of-light/

  • Talvez seja melhor abandonar a ideia de usar velocidades relativísticas altas para cobrir grandes distâncias
    A natureza tem uma ideia mais prática: virar uma semente
    É assim que os seres vivos cruzam distâncias enormes e superam restrições de recursos difíceis de resolver durante o deslocamento
    Basta compactar-se numa forma cristalina inativa, apontar e lançar o foguete, e então esperar. Por milhares de anos ou eras inteiras, só é preciso impedir a degradação química e estrutural
    Ao chegar ao destino, uma máquina é ligada, reconstrói seu corpo, e você começa a explorar revigorado. Na prática, para você quase nenhum tempo passou
    Claro que, para isso, seria preciso dominar completamente a biologia ou simplesmente contorná-la e copiar a si mesmo em formato de máquina; ainda assim, é bem provável que seja mais fácil do que viajar a uma fração significativa da velocidade da luz

  • Eu não sabia que, mesmo com um empuxo contínuo relativamente pequeno, digamos 1m/s², era “fácil” obter uma dilatação temporal significativa
    Se fosse possível manter a aceleração durante toda a viagem, viagens interestelares se tornariam viáveis em certa medida
    Pesquisando, parece que o tempo observado pelo viajante para chegar a Alfa Centauri a 1G é de cerca de 3 anos
    Será que daria para chegar a esse ponto com alguma tecnologia moderadamente plausível, como fusão nuclear? Não entendo bem a matemática da relatividade, mas, mesmo ignorando os efeitos relativísticos e convertendo massa diretamente em energia, parece que o C² se cancela e seriam necessários 50.000kg para acelerar 100.000kg até a velocidade da luz

    • 1G por alguns meses é algo absurdo
      Mesmo que toda a massa de reação do “combustível” fosse convertida diretamente em momento, uma espaçonave minimamente habitável para pessoas precisaria carregar dezenas a centenas de milhares de toneladas de combustível
      Não existe motor perfeito de conversão de massa; matéria-antimatéria tem cerca de 60% de eficiência em simulações, fusão nuclear cerca de 17%, propulsão nuclear pulsada surpreendentemente 7%, e foguetes nucleares de núcleo gasoso talvez cheguem a uns 12%, embora isso seja incerto porque os números para reatores de núcleo gasoso não são claros
      Do ponto de vista de um escritor de ficção científica, é interessante pensar em que formas estranhas uma sociedade assumiria quando astronautas vivem mais do que civilizações inteiras. Vem à mente uma cultura neopolinésia em que viajantes, ao retornar, não fazem a menor ideia de como estará o lugar
    • Satélites GPS também precisam levar a relatividade especial em conta
      Por causa da dilatação temporal, os relógios dos satélites em movimento andam um pouquinho mais devagar por dia do que relógios parados na Terra, então é preciso fazer correções
    • Sem algum propulsor sem reação mágico, é impossível
      A energia cinética é gigantesca e precisa vir de algum lugar; talvez fosse necessário até um propulsor de energia do vácuo
      A equação do foguete atrapalha tudo. Para continuar acelerando até velocidades relativísticas com um foguete de fusão razoável, talvez fosse preciso combustível na escala de um planeta inteiro
      Propulsão por antimatéria é quase a única opção, mas ainda assim é preciso absorver a energia e arremessá-la para trás, o que exige muita massa de reação, ou então usar lasers
    • Mesmo resolvendo o problema do empuxo, resta o problema de partículas perfurarem lentamente a espaçonave como um favo de mel
      Indo além disso, você vê a nave partir e nunca mais recebe notícias, ou embarca nela e retorna à Terra milhares de anos depois, seja lá no que ela tiver se transformado
    • Quanto mais longe se vai, mais insana a situação fica
      Se você acelerar continuamente a 1G por 12 anos, estará a 113.000 anos-luz do ponto de partida, distância suficiente para ir da Terra ao outro lado da nossa galáxia
      Claro, nesse momento a velocidade será 99,999999996% da velocidade da luz. Se quiser parar na galáxia do outro lado e dar uma olhada, precisará virar no meio do caminho e desacelerar, então o tempo de viagem será aproximadamente o dobro

  • Reli este livro recentemente
    https://en.wikipedia.org/wiki/Tau_Zero
    Deve ser um dos romances de ficção científica mais grandiosos de todos os tempos. É uma história em que, depois que uma colisão danifica os freios da nave, a solução para todos os problemas que aparecem passa a ser “ir mais rápido”

    • Gostei desse livro
      Em vários momentos me lembrei de The Freeze Frame Revolution, de Peter Watts (https://tachyonpublications.com/product/freeze-frame-revolut...), e ele é bem bom de um jeito parecido, mas provavelmente mais sombrio
    • Acabei de ler Tau Zero depois de ouvir falar dele aqui, e recomendo
      Eu até esperava que a relatividade tivesse um papel importante, mas a escala da dilatação do tempo vivida pela tripulação foi muito maior do que eu imaginava
      Ler esse livro me fez lembrar de clássicos de viagem no tempo/relatividade como Interstellar ou, voltando ainda mais, Star Trek IV: The Voyage Home. Entre os filmes de Star Trek, esse é o meu favorito

  • Tentei definir a variável throttle_value para um valor absurdo, tipo 30, em vez do máximo 1 do slider
    Foi divertido ver quão perto da velocidade da luz era preciso chegar para o próprio app web colapsar
    Numa tela de 1920 px, isso aconteceu quando o “9” se estendia por um pouco mais de duas linhas
    A velocidade voltou para 0 e, como bônus por quase quebrar as leis da física, o tempo do mundo virou NaN

    • Gostei da unidade de medida “um pouco mais de duas linhas de 9 numa tela de 1920 px”

  • Lindo
    Sobre a ideia de que basta manter “simplesmente” 1G de aceleração, vale apontar que a massa da nave aumenta à medida que ela se aproxima da velocidade da luz [0]
    Quando a massa aumenta, o empuxo necessário para manter essa aceleração também aumenta. Então esse motor teria que ter acesso a uma fonte de energia mágica, caso contrário não conseguiria manter a aceleração em velocidades mais altas :)
    [0] https://en.wikipedia.org/wiki/Mass_in_special_relativity#Rel...
    Edit: esta interpretação pode não estar totalmente correta

    • Já faz um tempo desde que estudei relatividade especial pela última vez, mas pelo que sei o aumento de massa só acontece em outro referencial
      Por exemplo, se alguém que ficou na Terra observar a velocidade da nave, do ponto de vista dessa pessoa a nave parecerá mais pesada conforme acelera
      Mas, do ponto de vista dentro da nave, tanto a pessoa quanto a nave continuam com o mesmo peso. Em vez disso, a Terra é que pareceria passar por um “ganho de peso” dramático
    • A nave aumenta de massa, encurta e tem o tempo desacelerado também no seu próprio referencial? Acho que não, certo?
      Então, do ponto de vista de dentro da nave, a aceleração de 1G continua sendo mantida, e perto da velocidade da luz uma parte cada vez maior dessa energia vai para maior massa e tempo mais lento, não é?
    • Essa história de “aumento de massa” é mais um artifício para facilitar cálculos e aprendizado do que um conceito físico real
      Pessoalmente, acho que ela tem consequências terríveis para a intuição física
      Este vídeo trata bem desse problema: https://www.youtube.com/watch?v=6HlCfwEduqA

  • Não rodou no meu navegador, mas agradeço por ter mostrado uma mensagem de erro adequada
    Muitas vezes uma página web simplesmente quebra por vários motivos, e a gente fica esperando, sem saber se “ainda está carregando?” ou “era para aparecer assim mesmo?”
    É a primeira vez que vejo um caso que informa o que deu errado, tipo “xyz is not supported”, e permite trocar para um navegador popular para ver o conteúdo
    Nesse navegador, o site também funcionou bem e ficou bonito no celular

  • Levei a aceleração até o fim e fui pegar um café; quando voltei, estava 200 anos no futuro e tinha viajado mais de 6 milhões de anos-luz
    Agora estou na galáxia NGC 300, muito parecida com a Via Láctea
    Todas as pessoas que eu conhecia desapareceram, estou triste e solitário