Pesawat luar angkasa dengan teori relativitas

 (dmytry.github.io)
1 poin oleh GN⁺ 2024-02-06 | 1 komentar | Bagikan ke WhatsApp
  • Relativistic Spaceship adalah alat visualisasi relativistik yang menunjukkan bagaimana keadaan penerbangan berubah ketika kecepatan pesawat luar angkasa mendekati kecepatan cahaya
  • Layar menampilkan kecepatan relatif terhadap kecepatan cahaya, nilai γ, jarak dalam satuan tahun cahaya, koefisien Doppler, waktu pesawat luar angkasa, dan waktu dunia sekaligus
  • Kondisi awal dimulai dengan kecepatan 0%, γ = 1, jarak 0 tahun cahaya, koefisien Doppler 1, dan waktu 0 tahun
  • Kode sumbernya dibuka di GitHub sehingga cara kerja dan implementasinya bisa diperiksa langsung
  • Implementasinya berbasis Three.JS WebGL, dan dokumen lisensi three.js ditautkan secara terpisah

Nilai yang ditampilkan pada layar penerbangan relativistik

  • Relativistic Spaceship adalah alat visualisasi penerbangan relativistik buatan Dmytry Lavrov
  • Nilai utama yang dapat dilihat di layar adalah sebagai berikut
    • Kecepatan pesawat luar angkasa relatif terhadap kecepatan cahaya

    • Nilai γ

      • Jarak dalam satuan tahun cahaya
      • Koefisien Doppler di tengah layar
      • Koefisien Doppler maksimum
      • Waktu pesawat luar angkasa dalam tahun
      • Waktu dunia dalam tahun
      • Layar awal ditampilkan dalam keadaan kecepatan 0%, γ = 1, jarak 0 tahun cahaya, koefisien Doppler 1, dan waktu 0 tahun

Kode sumber dan teknologi implementasi

Bacaan terkait

1 komentar

 
GN⁺ 2024-02-06
Komentar Hacker News

  • Ini memvisualisasikan dengan baik sifat relativitas khusus yang berlawanan dengan intuisi
    Mengejutkan bahwa jika sebuah pesawat luar angkasa bisa terus berakselerasi pada 1G, ia dapat mencapai pusat Bimasakti dalam waktu kurang dari 20 tahun menurut waktu pesawat
    Tentu saja, di Bumi sudah berlalu 27.900 tahun, jadi tidak akan ada orang untuk mendengarkan cerita liburanmu

    • Kita juga harus mengkhawatirkan kelangsungan hidup selama perjalanan
      Setiap atom materi antarbintang akan merusak pesawat luar angkasa, dan mungkin menembus seluruh kapal; tolakan elektromagnetik hanya bekerja pada partikel bermuatan
    • Itu mustahil
      Bahkan secara teori, tidak ada apa pun yang bisa dimuat ke pesawat luar angkasa untuk memungkinkan akselerasi berkelanjutan 1G
      Saya tidak ingat persis perubahan kecepatan maksimum yang bisa dicapai, tetapi bukan fraksi besar dari kecepatan cahaya; bahkan dengan asumsi gila seperti membawa lubang hitam kecil dan mengubah massa menjadi energi dengan efisiensi 40%, rasanya hanya sekitar 60% kecepatan cahaya
    • 1G adalah akselerasi yang sangat besar untuk dipertahankan, jadi tidak bisa disebut “cuma”
      Kalau dihitung, energi yang dibutuhkan pada dasarnya setara dengan roket yang seluruhnya dibuat dari antimateri plus materi biasa bermassa serupa untuk bereaksi dengannya
      Saat membahas perjalanan jarak jauh di luar angkasa dengan akselerasi konstan, angkanya biasanya hanya beberapa per seribu dari 1G
    • Ini benar-benar cerita yang memelintir otak
      Perjalanan pulang-pergi akan memakan sebagian besar umur manusia biasa, tetapi jika Bumi masih ada saat kembali, itu akan tampak seperti melakukan perjalanan ke masa depan 55.000 tahun kemudian
    • Bahkan jika 27.900 tahun telah berlalu di Bumi, karena keusangan teknologi yang terus-menerus, sepertinya masih mungkin menceritakan kisah liburan kepada orang-orang masa depan saat mereka menyusul

  • Setelah kira-kira 850 tahun waktu pesawat pada akselerasi maksimum, alam semesta akan berusia 10^30 tahun
    Pada saat itu, yang tersisa hanyalah katai putih, bintang neutron, dan berbagai sisa bintang; galaksi sudah tercerai-berai, dan bintang seperti Matahari tinggal kenangan jauh
    Tentu saja, tidak bisa dikesampingkan kemungkinan masih ada makhluk yang mengingatnya. Kehidupan bisa menempel pada struktur di sekitar lubang hitam atau katai putih dan mengekstraksi energi untuk waktu yang sangat lama
    Itu masih sangat jauh dari titik ketika alam semesta menjadi lautan partikel entropi yang tak bisa dibedakan seperti “kematian termal”, tetapi tempat itu sudah sepenuhnya berbeda

    • Masyarakat yang sangat maju secara teknologi mungkin bisa memakai ini sebagai semacam hukuman yang mendekati hukuman mati
      Semacam, “Kamu tidak aman berada di sisi orang-orang kami, jadi kami akan mengirimmu ke ujung waktu”

  • Jika tertarik pada efek relativistik seperti ini, ada rangkaian alat bernama OpenRelativity yang bisa dipakai untuk grafis simulasi mendekati kecepatan cahaya: http://gamelab.mit.edu/research/openrelativity/
    Ini juga digunakan dalam gim gratis “A Slower Speed of Light”
    http://gamelab.mit.edu/games/a-slower-speed-of-light/

  • Mungkin lebih baik membuang gagasan melaju pada kecepatan relativistik tinggi untuk menempuh jarak besar
    Alam punya ide yang lebih praktis: menjadi benih
    Makhluk hidup menyeberangi jarak raksasa dengan cara itu, sambil mengatasi batasan sumber daya yang sulit diselesaikan selama perjalanan
    Padatkan dirimu menjadi bentuk kristal tidak aktif, arahkan dan luncurkan roket, lalu tunggu. Cukup cegah kerusakan kimia dan struktural selama ribuan tahun atau bahkan keabadian
    Saat tiba di tujuan, mesin menyala, menyusun kembali tubuhmu, dan kamu bisa mulai menjelajah dalam keadaan segar. Secara efektif, hampir tidak ada waktu yang berlalu bagi dirimu sendiri
    Tentu saja, untuk itu kita harus menguasai biologi sepenuhnya, atau melewati biologi sama sekali dan menyalin diri ke format mesin, tetapi tetap saja kemungkinan besar lebih mudah daripada bergerak pada fraksi besar dari kecepatan cahaya

  • Saya tidak tahu bahwa bahkan dorongan berkelanjutan yang relatif kecil, misalnya sekitar 1m/s², bisa “dengan mudah” menghasilkan dilatasi waktu yang bermakna
    Selama bisa terus berakselerasi sepanjang perjalanan, perjalanan antarbintang menjadi cukup mungkin
    Setelah dicari, katanya waktu yang diamati pelancong untuk mencapai Alpha Centauri pada 1G adalah sekitar 3 tahun
    Apakah teknologi yang cukup masuk akal seperti fusi nuklir bisa mencapai titik itu? Saya tidak terlalu paham matematika relativitas, tetapi bahkan jika mengabaikan efek relativitas dan mengubah massa langsung menjadi energi, C² tampaknya saling meniadakan sehingga untuk mempercepat 100.000kg hingga kecepatan cahaya diperlukan 50.000kg

    • 1G selama berbulan-bulan itu benar-benar tidak masuk akal
      Bahkan jika seluruh massa reaksi “bahan bakar” langsung diubah menjadi momentum, pesawat luar angkasa yang sedikit saja layak dihuni manusia harus membawa puluhan ribu hingga ratusan ribu ton bahan bakar
      Tidak ada mesin konversi massa yang sempurna; materi-antimateri pun dalam simulasi efisiensinya sekitar 60%, fusi nuklir sekitar 17%, propulsi pulsa nuklir secara mengejutkan 7%, dan roket nuklir inti gas mungkin bisa mencapai sekitar 12%, tetapi angkanya tidak pasti karena data reaktor inti gas tidak jelas
      Dari sudut pandang penulis SF, menarik membayangkan bentuk aneh seperti apa yang akan diambil masyarakat ketika para astronaut hidup lebih lama daripada seluruh peradaban. Terbayang budaya neo-Polinesia yang sama sekali tidak tahu seperti apa tempat itu saat para pelancong kembali lagi
    • Satelit GPS juga harus memperhitungkan relativitas khusus
      Karena dilatasi waktu, jam satelit yang bergerak berjalan sedikit lebih lambat per hari dibanding jam yang diam di Bumi, sehingga perlu dikoreksi
    • Tanpa pendorong tanpa reaksi yang seperti sihir, ini mustahil
      Energi kinetiknya luar biasa besar dan harus datang dari suatu tempat, jadi mungkin bahkan diperlukan pendorong energi nol
      Persamaan roket menjadi penghalang. Untuk terus berakselerasi hingga kecepatan relativistik dengan roket fusi yang masuk akal, mungkin dibutuhkan bahan bakar seukuran sebuah planet
      Propulsi antimateri hampir menjadi satu-satunya pilihan, tetapi karena energinya harus diserap dan dilempar ke belakang, masih diperlukan banyak massa reaksi atau harus memakai laser
    • Bahkan jika masalah dorongan terselesaikan, masih ada masalah partikel yang perlahan melubangi pesawat seperti sarang lebah
      Lebih jauh lagi, kita akan melihat kapal berangkat lalu tak pernah mendengar kabarnya lagi, atau ikut naik lalu kembali ke Bumi ribuan tahun kemudian, entah sudah menjadi apa Bumi saat itu
    • Semakin jauh pergi, situasinya semakin gila
      Jika terus berakselerasi pada 1G selama 12 tahun, jaraknya dari titik keberangkatan akan menjadi 113.000 tahun cahaya, cukup untuk pergi dari Bumi ke sisi lain galaksi kita
      Tentu saja, saat itu kecepatannya 99,999999996% dari kecepatan cahaya. Jika ingin berhenti dan melihat-lihat di galaksi seberang, harus berbalik di titik tengah untuk melambat, jadi waktu tempuh kira-kira menjadi dua kali lipat

  • Baru-baru ini saya membaca ulang buku ini
    https://en.wikipedia.org/wiki/Tau_Zero
    Sepertinya ini salah satu novel SF paling megah sepanjang masa. Setelah rem pesawat antariksa rusak akibat tabrakan, solusi untuk setiap masalah yang mereka hadapi menjadi “melaju lebih cepat”

    • Buku itu bagus
      Di beberapa titik saya teringat The Freeze Frame Revolution karya Peter Watts (https://tachyonpublications.com/product/freeze-frame-revolut...); cukup bagus dengan cara yang mirip, tapi mungkin lebih kelam
    • Saya baru saja selesai membaca Tau Zero setelah mendengarnya di sini, dan saya merekomendasikannya
      Saya memang menduga relativitas akan memainkan peran penting, tetapi skala dilatasi waktu yang dialami para awak jauh lebih besar dari yang saya bayangkan
      Membaca buku ini mengingatkan saya pada karya-karya klasik perjalanan waktu/relativitas seperti Interstellar, atau kalau mundur lebih jauh, Star Trek IV: The Voyage Home. Di antara film Star Trek, ini favorit saya

  • Saya mencoba menyetel variabel throttle_value ke nilai konyol seperti 30, bukan nilai maksimum slider 1
    Menarik melihat seberapa dekat ke kecepatan cahaya sampai aplikasi webnya sendiri kolaps
    Di layar 1920px, itu terjadi kira-kira saat angka “9” berlanjut sedikit lebih dari dua baris
    Kecepatannya kembali ke 0, dan sebagai bonus karena hampir melanggar hukum fisika, waktu dunia menjadi NaN

    • Saya suka satuan ukur “sedikit lebih dari dua baris angka 9 di layar 1920px” itu

  • Indah
    Soal pernyataan bahwa kita “cukup” mempertahankan percepatan 1G, perlu dicatat bahwa massa pesawat antariksa meningkat saat mendekati kecepatan cahaya [0]
    Jika massa meningkat, dorongan yang dibutuhkan untuk mempertahankan percepatan itu juga meningkat. Jadi mesinnya harus bisa tersambung ke sumber energi ajaib, kalau tidak ia tidak bisa mempertahankan percepatan pada kecepatan yang lebih tinggi :)
    [0] https://en.wikipedia.org/wiki/Mass_in_special_relativity#Rel...
    Sunting: penafsiran ini mungkin tidak sepenuhnya akurat

    • Sudah agak lama sejak terakhir saya mempelajari relativitas khusus, tapi setahu saya peningkatan massa hanya terjadi di kerangka acuan lain
      Misalnya, jika orang yang tetap di Bumi melihat kecepatan pesawat antariksa, dari sudut pandangnya pesawat itu akan tampak makin berat saat berakselerasi
      Namun dari sudut pandang di dalam pesawat antariksa, dirinya dan pesawatnya tetap berbobot sama. Justru Bumilah yang tampak mengalami “kenaikan berat badan” dramatis
    • Apakah pesawat antariksa juga bertambah massanya, memendek, dan waktunya melambat dalam kerangka acuannya sendiri? Bukankah tidak?
      Kalau begitu, dari sudut pandang di dalam pesawat, percepatan 1G terus dipertahankan, dan di dekat kecepatan cahaya makin banyak bagian energi itu masuk ke massa yang lebih besar dan waktu yang lebih lambat, begitu bukan?
    • Pembicaraan soal “peningkatan massa” lebih merupakan alat untuk mempermudah perhitungan dan pembelajaran daripada konsep fisika yang nyata
      Secara pribadi, saya rasa itu menghasilkan konsekuensi buruk bagi intuisi fisika
      Video ini membahas masalahnya dengan baik: https://www.youtube.com/watch?v=6HlCfwEduqA

  • Di browser saya tidak berjalan, tapi saya menghargai karena menampilkan pesan kesalahan yang jelas
    Terlalu sering halaman web rusak begitu saja karena berbagai alasan, membuat kita menunggu kosong sambil berpikir “apakah ini sedang dimuat?” atau “memang seharusnya terlihat begini?”
    Ini pertama kalinya saya melihat contoh yang memberi tahu apa yang salah, seperti “xyz is not supported”, lalu memungkinkan kita mengganti ke browser populer untuk melihat kontennya
    Di browser itu, situsnya juga bekerja dengan baik dan terlihat bagus di mobile

  • Saya mendorong akselerasi sampai mentok lalu pergi mengambil kopi, dan ketika kembali, saya sudah berpindah lebih dari 6 juta tahun cahaya 200 tahun kemudian
    Sekarang saya berada di galaksi NGC 300, yang sangat mirip dengan Bima Sakti
    Semua orang yang saya kenal sudah tiada, saya sedih dan kesepian