Işığın hızı 5 km/s olsaydı ne olurdu? Relativity Park simülatörü

Bu ay yayımlanan etkileşimli bir simülatör, özel görelilik kuramını tam anlamıyla parkta yürüyüşe dönüştürüyor. Geliştirici Dmitry Brant’ın hazırladığı “Relativity Park”ta ışığın hızı, yaklaşık yürüme temposuna denk gelen 5 km/s’e indirilmiş durumda; böylece görelilik etkileri parçacık fiziğinin sayıları arkasına saklanmak yerine insan ölçeğinde görünür hale geliyor.

Işığın süründüğü bir park

Sayfa tarayıcıda çalışıyor ve küçük bir park sunuyor: bir koridor, lamba direkleri, bir dönme dolap, bir atlıkarınca ve bir mekik. Ekrandaki gösterge hızınızı, β = v/c oranını, Lorentz faktörü γ’yı, önünüzdeki dünyanın ne kadar uzamış göründüğünü ve iki saati — “sizin saatiniz” ile dünya saatini — takip ediyor.

Ok tuşları ya da WASD ile hızlanıyor, fareyle çevreye bakıyor, boşluk tuşuyla duruyorsunuz. L, G, C ve B tuşları tek tek etkileri açıp kapatıyor — ışığın gecikmesi, aberasyon ve büzülme, Doppler rengi ve göreliliksel ışınlanma — R başlangıca döndürüyor, Tab ise ayarları açıyor.

Yürürken ne görüyorsunuz

Yukarı oka basmak görüş alanınızı hareket yönünde sıkıştırıyor ve maviye kaydırıyor; arkaya döndüğünüzde görüntü kızarmış ve uzamış görünüyor. İki zamanlayıcı zaman genişlemesini doğrudan gösteriyor. Lamba direkleri dünya zamanında saniyede bir yanıp sönüyor: birine yaklaşırsanız yanıp sönme hızlanıp maviye dönüyor, uzaklaşırsanız yavaşlayıp kızarıyor — zaman genişlemesi ile göreliliksel Doppler etkisinin birleşimi.

Dönme dolap ve atlıkarınca kabinleri ışık hızının %75’iyle hareket ediyor. Her kabin kendi hareketiyle büzülüyor ve aracın farklı kısımlarından gelen ışık farklı anlarda ulaştığı için tüm yapı, farklı zamanlarda göründüğü haliyle görünüyor — bu etkiye Terrell dönmesi deniyor. Koridorun sonundaki mekik de aynı şekilde davranıyor.

Bir oyuncaktan fazlası

Projenin belgeleri, görüntülemenin süsleme değil fizik temelli olduğunu açıklıyor. Görünen her nokta için görüntüleyici, ışığın ne zaman yola çıktığını bulmak amacıyla geçmiş ışık konisi boyunca geriye gidiyor; hareketli nesneler için bu, g(a) = a − |p(t−a) − eye| / c = 0 denklemini çözmek anlamına geliyor. Burada türev g’(a) = 1 + (v·n̂)/c, 0.857c hızla giden bir atlıkarınca kabininin köşelerinde 0.14’e kadar düşebiliyor — saf Newton iterasyonunun tam bir tur atlayıp sahneye üçgenler saçmasına yetecek kadar.

Ardından her nokta Lorentz dönüşümüyle gözlemcinin anlık durağan sistemine taşınıyor. Aberasyon, Lorentz büzülmesi ve Terrell dönmesi bu tek adımdan çıkıyor — belgelere göre Terrell dönmesi aslında bir dönme değil, ışık gecikmesinin zaten büzülmüş bir nesneye yaptığı şey. Arka yüz elemesi kapalı, çünkü etki izleyiciden uzağa bakan yüzeyleri de gösteriyor; logaritmik derinlik ise önünüzdeki dünya γ(1+β) kadar uzadığında görünen sahnenin santimetrelerden onlarca kilometreye yayılması nedeniyle kullanılıyor.

Dönme dolap kareleri bilinçli olarak karıştırıyor: her gondol kendi durağan sisteminde tanımlı; çemberin ise — küresel bir durağan sistemi olmayan katı bir dönen halka, Ehrenfest paradoksu — dünya çizgileri doğrudan dünya sisteminde verilmiş ve ışık hızının altında, kendi içinde tutarlı kalıyor.