Experiment i Second Life visar alternativa fysiklagar

Second Life är en onlinevärld där människor använder avatarer för att utforska och interagera med varandra och för att bygga mer eller mindre vad som helst baserat på enkla geometriska former. Dessa objekt styrs av en uppsättning ungefär jordliknande fysiklagar som simulerar bevarande av momentum, gravitation och elasticitet vid kollisioner och så vidare.

Men Second Life har också ett skriptspråk som låter invånarna introducera ytterligare effekter. Det låter dem köpa och sälja föremål med virtuella pengar, för att skapa texturer för kläder såväl som animationer.

Och det gör att objektens beteende kan modifieras på olika sätt. Med andra ord, i Second Life är fysikens lagar aktuella.

Och det väcker en intressant utsikt. Detta skriptspråk tillåter människor att simulera universum där materia styrs på ett helt annat sätt.

Idag avslöjar Renato dos Santos vid det lutherska universitetet i Brasilien i Canoas sina ansträngningar att manipulera fysikens lagar i Second Life och hur hans mikrovärldar tillåter studenter att studera och uppleva rörelselagar som är helt annorlunda än de som fungerar i vår universum.

Till att börja med karaktäriserar Dos Santos materiens egenskaper och fysikens lagar som redan är verksamma i Second Life. Han påpekar att världen har några relativt komplicerade lagar för att styra vädret och solens uppgång och nedgång.

Second Life 'Sun' brukar gå upp och sjunka var fjärde jordtimme alltid mittemot en fullmåne, säger han. Och servrarna beräknar en förenklad lösning av Navier-Stokes ekvationer för att simulera rörelsen av vindar och moln som tidsutvecklas över hela världen.

Å andra sidan finns det inga vätskor i Second Life. Vatten är bara en textur som är applicerbar på ett föremål, säger han. Följaktligen finns det inget vattenmotstånd eller luftmotstånd och inget koncept för flytkraft. Dessutom finns ljus helt enkelt i Second Life utan någon fysisk mekanism involverad i dess produktion eller förökning.

Alla dessa faktorer och andra måste beaktas när man designar en mikrovärld i Second Life. Ändå har Dos Santos kunnat skapa ett antal intressanta simuleringar.

Ett bra exempel är hans simulering av en kanon som avfyrar kanonkulor för att studera deras bana. En av de första utmaningarna är att använda skriptspråket Second Life för att introducera en uppsättning initiala villkor för kanonkulorna - deras initiala hastighet och position, till exempel.

Efter att ha gjort detta är det möjligt att beräkna deras position och hastighet när som helst under flygningen. Det är också enkelt att beräkna deras kinetiska energi och rörelsemängd.

När de väl avfyrats, färdas dessa kanonkulor dock inte i en rak linje. Istället drar tyngdkraften dem mot marken och vinden kan trycka dem ur kurs. Dos Santos säger att det är möjligt att bygga in regler i skriptspråket som motverkar dessa krafter. Det är det som möjliggör en helt annan uppsättning av rörelselagar.

För att demonstrera detta har Dos Santos skapat två olika uppsättningar lagar som kan sättas i drift med en knapptryckning. Den första är Newtons traditionella rörelselagar, som leder till de välbekanta paraboliska banorna.

Den andra uppsättningen lagar är baserad på teorin om drivkraft som populariserades av Jean Buridan, en fransk präst och medeltida vetenskapsman verksam under 1300-talet. Denna teori var en viktig intellektuell föregångare till de mer moderna begreppen momentum och acceleration.

Buridans idéer var en förlängning av Aristoteles teori att fortsättning av rörelse beror på fortsatt verkan av kraften. Buridan utökade detta genom att introducera en egenskap som kallas impuls som han formellt definierade som vikt multiplicerad med hastighet.

En av Buridans elever beskrev drivkraften på detta sätt: När något flyttar en sten med våld, förutom att påtvinga den en verklig kraft, imponerar det en viss drivkraft i den. På samma sätt ger gravitationen inte bara rörelse själv till en rörlig kropp, utan ger den också en drivkraft och en drivkraft ...

Buridans matematiska formel för drivkraft gör att den kan införlivas i en Second Life-simulering, vilket är precis vad Dos Santos har gjort. Detta gör att eleverna kan experimentera med olika lagar och se deras effekter.

Intressant nog resulterar Buridans lagar i en kanonkulbana som liknar en golfbolls bana som rör sig uppåt och sedan plötsligt faller på grund av luftmotstånd.

Du kan titta videor av dessa experiment här .

Det är ett intressant tillvägagångssätt som har användbara potentiella tillämpningar inom utbildning. Men det finns säkert mycket mer som kan göras i virtuella världar som Second Life.

En intressant fråga är hur man kan utforma experiment inom den virtuella världen som testar fysikens speciella lagar i aktion och de situationer där de går sönder.

Till exempel kan begreppet tid undersökas med hjälp av experiment som involverar simultanitet. Det kan till och med avslöja kryphål som kan utnyttjas för lite skoj.

Ett sådant tillvägagångssätt skulle kräva betydligt mer uppfinningsrikedom och skulle mer exakt simulera fysikers arbete i den verkliga världen som inte känner till lagarna i förväg och bara har sina observationer som vägledning.

Den här typen av tillvägagångssätt har testats i virtuella världar som Minecraft men det finns uppenbarligen utrymme för samma tillvägagångssätt att tillämpas på annat håll.

Den virtuella fysikens lagar är till för att ta vara på, om någon skulle ha påhittighet och fritid att utöva dem.

Ref: arxiv.org/abs/1405.6703 : Second Life As A Platform For Physics Simulations And Microworlds: An Evaluation

Dölj