- Relativistic Spaceship est un outil de visualisation relativiste qui montre comment les conditions de vol changent lorsque la vitesse d’un vaisseau spatial s’approche de celle de la lumière
- L’écran affiche simultanément la vitesse par rapport à la vitesse de la lumière, la valeur γ, la distance en années-lumière, le coefficient Doppler, le temps à bord du vaisseau et le temps du référentiel externe
- L’état initial commence avec une vitesse de 0 %, γ = 1, une distance de 0 année-lumière, un coefficient Doppler de 1 et un temps de 0 an
- Le code source est publié sur GitHub, ce qui permet de vérifier directement son fonctionnement et son implémentation
- L’implémentation repose sur Three.JS WebGL, avec un document de licence three.js lié séparément
Les valeurs affichées dans l’écran de vol relativiste
- Relativistic Spaceship est un outil de visualisation de vol relativiste créé par Dmytry Lavrov
- Les principales valeurs consultables à l’écran sont les suivantes
- Vitesse du vaisseau spatial par rapport à la vitesse de la lumière
-
Valeur γ
- Distance en années-lumière
- Coefficient Doppler au centre de l’écran
- Coefficient Doppler maximal
- Temps à bord du vaisseau, en années
- Temps du référentiel externe, en années
- L’écran initial affiche une vitesse de 0 %, γ = 1, une distance de 0 année-lumière, un coefficient Doppler de 1 et un temps de 0 an
Code source et technologies d’implémentation
- Le code source du projet est disponible sur https://github.com/Dmytry/space
- L’implémentation utilise le framework Three.JS WebGL
- La licence de three.js est liée dans un document séparé
1 commentaires
Avis sur Hacker News
La visualisation rend bien le caractère contre-intuitif de la relativité restreinte
C’est étonnant de se dire que, si l’on pouvait continuer à accélérer un vaisseau spatial à 1G, on pourrait atteindre le centre de la Voie lactée en moins de 20 ans de temps à bord
Bien sûr, sur Terre, 27 900 ans se seraient écoulés, donc il n’y aurait plus personne à qui raconter ses vacances
Chaque atome du milieu interstellaire endommagerait le vaisseau, avec la possibilité de traverser toute la coque, et la répulsion électromagnétique ne fonctionne que sur les particules chargées
Même en théorie, il n’existe rien qu’on puisse embarquer dans un vaisseau spatial pour permettre une accélération continue à 1G
Je ne me souviens plus exactement du delta-v maximal atteignable, mais ce n’est pas une grande fraction de la vitesse de la lumière ; même avec une hypothèse délirante du genre embarquer un petit trou noir et convertir la masse en énergie avec 40 % de rendement, il me semble qu’on arrivait à environ 60 % de la vitesse de la lumière
En faisant le calcul, l’énergie nécessaire revient en pratique au niveau d’une fusée faite uniquement d’antimatière, plus une masse comparable de matière ordinaire avec laquelle la faire réagir
Quand on parle de voyages longue distance dans l’espace à accélération constante, les valeurs sont généralement de l’ordre de quelques millièmes de 1G
Un aller-retour prendrait la majeure partie d’une vie humaine normale, mais si la Terre existe encore au retour, cela ressemblerait à un voyage dans le futur, 55 000 ans plus tard
Après environ 850 ans de temps à bord à accélération maximale, l’Univers aurait 10^30 ans
À ce stade, il ne resterait plus que des naines blanches, des étoiles à neutrons et divers vestiges stellaires ; les galaxies se seraient dispersées, et les étoiles comme le Soleil ne seraient plus qu’un lointain souvenir
Bien sûr, on ne peut pas exclure qu’il reste encore quelqu’un pour s’en souvenir. La vie pourrait extraire de l’énergie pendant très longtemps en s’accrochant à des structures autour de trous noirs ou de naines blanches
On serait encore très loin du moment de la « mort thermique » où l’Univers deviendrait une mer indifférenciable de particules entropiques, mais ce serait déjà un endroit complètement différent
Du genre : « Tu n’es pas sûr à garder auprès des nôtres, alors nous allons t’envoyer à la fin des temps »
Si ce genre d’effets relativistes vous intéresse, il existe une boîte à outils appelée OpenRelativity pour produire des graphismes de simulation à des vitesses proches de celle de la lumière : http://gamelab.mit.edu/research/openrelativity/
Elle a aussi été utilisée dans le jeu gratuit « A Slower Speed of Light »
http://gamelab.mit.edu/games/a-slower-speed-of-light/
L’idée de voyager à des vitesses relativistes élevées pour couvrir de très grandes distances est peut-être à abandonner
La nature a une idée plus pratique : devenir une graine
Les organismes franchissent ainsi d’immenses distances et contournent les contraintes de ressources difficiles à résoudre pendant le trajet
Il suffit de se compresser sous forme cristalline inactive, de viser avec la fusée, de la lancer, puis d’attendre. Il faut seulement empêcher l’effondrement chimique et structurel pendant des milliers d’années, voire des éons
À l’arrivée, la machine se met en marche, reconstruit le corps, et l’on peut commencer l’exploration, frais et dispos. Pour la personne concernée, pratiquement aucun temps ne s’est écoulé
Bien sûr, il faudrait pour cela maîtriser complètement la biologie, ou bien la contourner entièrement et se copier sous forme mécanique, mais cela a quand même de bonnes chances d’être plus facile que de voyager à une fraction importante de la vitesse de la lumière
Je ne savais pas qu’une poussée continue relativement faible, disons autour de 1 m/s², permettait « facilement » d’obtenir une dilatation du temps significative
Si l’on pouvait accélérer en continu pendant tout le trajet, le voyage interstellaire deviendrait possible dans une certaine mesure
En cherchant, il semble qu’à 1G, le temps observé par le voyageur pour atteindre Alpha Centauri soit d’environ 3 ans
Une technologie un tant soit peu plausible, comme la fusion nucléaire, pourrait-elle nous mener jusque-là ? Je ne maîtrise pas bien les maths relativistes, mais même en ignorant les effets relativistes et en convertissant directement de la masse en énergie, il me semble que le C² s’annule, et qu’il faudrait 50 000 kg pour accélérer 100 000 kg jusqu’à la vitesse de la lumière
Même si toute la masse réactionnelle du « carburant » était directement convertie en quantité de mouvement, il faudrait embarquer des dizaines à des centaines de milliers de tonnes de carburant dans un vaisseau tant soit peu habitable
Il n’existe pas de moteur à conversion parfaite de masse ; même matière-antimatière, les simulations donnent environ 60 % de rendement, la fusion environ 17 %, la propulsion nucléaire pulsée étonnamment 7 %, et une fusée nucléaire à cœur gazeux à fission pourrait monter jusqu’à environ 12 %, mais les chiffres des réacteurs à cœur gazeux ne sont pas très clairs, donc c’est incertain
Du point de vue d’un auteur de SF, il est intéressant d’imaginer les formes étranges que pourrait prendre une société lorsque les astronautes vivent plus longtemps que des civilisations entières. Cela évoque une culture néo-polynésienne, où les voyageurs n’ont aucune idée de ce qu’ils trouveront à leur retour
À cause de la dilatation du temps, les horloges des satellites en mouvement ralentissent très légèrement chaque jour par rapport aux horloges immobiles sur Terre, ce qui nécessite une correction
L’énergie cinétique est énorme et doit venir de quelque part ; il faudrait peut-être même un moteur à énergie nulle
L’équation de Tsiolkovski nous rattrape. Avec une fusée à fusion raisonnable, continuer à accélérer jusqu’à des vitesses relativistes pourrait nécessiter une masse de carburant de l’ordre d’une planète
La propulsion à antimatière est à peu près la seule option, mais comme il faut absorber l’énergie et l’éjecter vers l’arrière, il faut encore beaucoup de masse réactionnelle, ou bien utiliser des lasers
Et au-delà de ça, on voit le vaisseau partir sans jamais plus en recevoir de nouvelles, ou bien on embarque soi-même et l’on revient sur une Terre devenue on ne sait quoi des milliers d’années plus tard
Si l’on accélère en continu à 1G pendant 12 ans, on se retrouve à 113 000 années-lumière du point de départ, soit à peu près assez loin pour atteindre l’autre côté de la Voie lactée depuis la Terre
Bien sûr, à ce moment-là, la vitesse est de 99,999999996 % de celle de la lumière. Si l’on veut s’arrêter de l’autre côté de la galaxie pour regarder autour de soi, il faut se retourner à mi-chemin pour décélérer, ce qui double à peu près la durée du trajet
J’ai relu ce livre récemment
https://en.wikipedia.org/wiki/Tau_Zero
C’est peut-être l’un des romans de SF les plus grandioses de tous les temps. Après une collision qui endommage les freins du vaisseau spatial, la solution à tous les problèmes rencontrés devient « aller plus vite ».
Il m’a rappelé, à plusieurs moments, The Freeze Frame Revolution de Peter Watts (https://tachyonpublications.com/product/freeze-frame-revolut...) ; c’est assez bon dans un registre similaire, mais probablement plus sombre.
Je m’attendais à ce que la relativité joue un rôle important, mais l’ampleur de la dilatation du temps vécue par l’équipage était bien plus énorme que je ne l’imaginais.
En le lisant, j’ai pensé à des classiques du voyage dans le temps et de la relativité comme Interstellar, ou, en remontant plus loin, Star Trek IV: The Voyage Home. C’est mon préféré parmi les films Star Trek.
J’ai essayé de définir la variable
throttle_valuesur une valeur absurde comme 30, au lieu du maximum de 1 du curseurC’était amusant de voir à quel point il fallait s’approcher de la vitesse de la lumière pour que l’application web elle-même s’effondre.
Sur un écran de 1920 px, c’est arrivé quand les « 9 » s’étiraient sur un peu plus de deux lignes.
La vitesse est revenue à 0, et, en bonus pour avoir presque brisé les lois de la physique, le temps du monde est devenu NaN.
Magnifique
À propos de l’idée qu’il suffirait de maintenir « simplement » une accélération de 1G, il faut rappeler que la masse augmente à mesure que le vaisseau spatial approche de la vitesse de la lumière [0].
Si la masse augmente, la poussée nécessaire pour maintenir cette accélération augmente aussi. Donc ce moteur devrait avoir accès à une source d’énergie magique, sinon il ne pourrait pas maintenir l’accélération à des vitesses plus élevées :)
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Mass_in_special_relativity#Rel...
Modification : cette interprétation n’est peut-être pas entièrement correcte.
Par exemple, si une personne restée sur Terre observe la vitesse du vaisseau, plus il accélère, plus le vaisseau lui paraîtra lourd de son point de vue.
Mais du point de vue à l’intérieur du vaisseau, vous et le vaisseau avez toujours le même poids. C’est plutôt la Terre qui semblerait subir une spectaculaire « prise de poids ».
Dans ce cas, du point de vue de l’intérieur du vaisseau, l’accélération de 1G se maintient, et près de la vitesse de la lumière, une part de plus en plus grande de cette énergie irait dans une masse plus élevée et un temps plus lent, non ?
Personnellement, je pense que cela a des effets désastreux sur l’intuition physique.
Cette vidéo traite bien du problème : https://www.youtube.com/watch?v=6HlCfwEduqA
Ça ne fonctionnait pas dans mon navigateur, mais j’ai apprécié qu’un vrai message d’erreur soit affiché.
Trop souvent, des pages web se cassent tout simplement pour diverses raisons, et on reste à attendre bêtement en se demandant « est-ce que c’est en train de charger ? » ou « est-ce que c’est censé ressembler à ça ? ».
C’est la première fois que je vois un cas où l’on vous dit ce qui ne va pas, du type « xyz is not supported », et où l’on vous permet de passer à un navigateur populaire pour voir le contenu.
Dans ce navigateur, le site fonctionnait bien et était joli, même sur mobile.
J’ai poussé l’accélération à fond puis je suis allé chercher un café ; à mon retour, 200 ans plus tard, j’avais parcouru plus de 6 millions d’années-lumière.
Je suis maintenant dans la galaxie NGC 300, très similaire à la Voie lactée.
Tous les gens que je connaissais ont disparu, je suis triste et seul.