211service.com
Experimenten in Second Life onthullen alternatieve natuurwetten
Second Life is een online wereld waarin mensen avatars gebruiken om elkaar te verkennen en met elkaar te communiceren en om min of meer alles te bouwen op basis van eenvoudige geometrische vormen. Deze objecten worden beheerst door een reeks ruwweg aardachtige natuurwetten die het behoud van momentum, zwaartekracht en elasticiteit bij botsingen, enzovoort, simuleren.
Maar Second Life heeft ook een scripttaal waarmee bewoners extra effecten kunnen aanbrengen. Hiermee kunnen ze objecten kopen en verkopen met virtueel geld, texturen voor kleding en animaties maken.
En het maakt het mogelijk om het gedrag van objecten op verschillende manieren te wijzigen. Met andere woorden, in Second Life liggen de wetten van de fysica voor het grijpen.
En dat levert een interessant perspectief op. Met deze scripttaal kunnen mensen universums simuleren waarin materie op een heel andere manier wordt bestuurd.
Vandaag onthult Renato dos Santos van de Lutherse Universiteit van Brazilië in Canoas zijn pogingen om te knoeien met de wetten van de fysica in Second Life en hoe zijn microwerelden studenten in staat stellen om bewegingswetten te bestuderen en te ervaren die totaal anders zijn dan degene die in onze universum.
Dos Santos karakteriseert om te beginnen de eigenschappen van materie en de natuurkundige wetten die al in Second Life aan het werk zijn. Hij wijst erop dat de wereld een aantal relatief complexe wetten heeft om het weer en de opkomst en ondergang van de zon te regelen.
De Second Life 'Zon' komt meestal op en gaat elke vier aardse uren altijd recht tegenover een volle maan, zegt hij. En de servers berekenen een vereenvoudigde oplossing van de Navier-Stokes-vergelijkingen om de beweging van wind en wolken te simuleren die zich over de hele wereld in de tijd ontwikkelen.
Aan de andere kant zijn er geen vloeistoffen in Second Life. Water is slechts een textuur die op een object van toepassing is, zegt hij. Bijgevolg is er geen waterweerstand of luchtweerstand en geen concept van drijfvermogen. Bovendien bestaat licht gewoon in Second Life zonder enig fysiek mechanisme dat betrokken is bij de productie of verspreiding ervan.
Met al deze en andere factoren moet rekening worden gehouden bij het ontwerpen van een microwereld in Second Life. Toch heeft Dos Santos een aantal interessante simulaties kunnen maken.
Een goed voorbeeld is zijn simulatie van een kanon dat kanonskogels afvuurt om hun baan te bestuderen. Een van de eerste uitdagingen is om de scripttaal Second Life te gebruiken om een reeks beginvoorwaarden voor de kanonskogels te introduceren, bijvoorbeeld hun beginsnelheid en positie.
Als dit gedaan is, is het mogelijk om hun positie en snelheid op elk punt tijdens hun vlucht te berekenen. Het is ook eenvoudig om hun kinetische energie en momentum te berekenen.
Eenmaal afgevuurd, reizen deze kanonskogels echter niet in een rechte lijn. In plaats daarvan trekt de zwaartekracht ze naar de grond en kan de wind ze uit de koers duwen. Dos Santos zegt dat het mogelijk is om in de scripttaal regels in te bouwen die deze krachten tegengaan. Dat is wat een geheel andere reeks bewegingswetten mogelijk maakt.
Om dit aan te tonen heeft Dos Santos twee verschillende wetten opgesteld die met een druk op de knop in werking kunnen worden gesteld. De eerste is de traditionele bewegingswetten van Newton, die leiden tot de bekende parabolische banen.
De tweede reeks wetten is gebaseerd op de theorie van de impuls die werd gepopulariseerd door Jean Buridan, een Franse priester en middeleeuwse wetenschapper die actief was in de 14e eeuw. Deze theorie was een belangrijke intellectuele voorloper van de modernere concepten van momentum en versnelling.
De ideeën van Buridan waren een uitbreiding van de theorie van Aristoteles dat voortzetting van de beweging afhangt van de voortdurende werking van de kracht. Buridan breidde dit uit door een eigenschap te introduceren die impuls wordt genoemd en die hij formeel definieerde als gewicht vermenigvuldigd met snelheid.
Een van de studenten van Buridan beschreef impuls als volgt: wanneer iets een steen met geweld beweegt, naast het opleggen van een werkelijke kracht, drukt het er een bepaalde impuls in. Op dezelfde manier geeft de zwaartekracht niet alleen zelf beweging aan een bewegend lichaam, maar geeft het ook een drijfkracht en een impuls …
Dankzij de wiskundige formule voor impuls van Buridan kan het worden opgenomen in een Second Life-simulatie, en dat is precies wat Dos Santos heeft gedaan. Hierdoor kunnen studenten experimenteren met verschillende wetten en hun effecten zien.
Interessant is dat de wetten van Buridan resulteren in een kanonskogelbaan die een beetje lijkt op die van een golfbal die op een opwaartse helling beweegt en dan plotseling daalt vanwege luchtweerstand.
Je kan kijken video's van deze experimenten hier .
Dat is een interessante benadering die nuttige toepassingsmogelijkheden heeft in het onderwijs. Maar er is zeker nog veel meer mogelijk in virtuele werelden zoals Second Life.
Een interessante vraag is hoe je in de virtuele wereld experimenten kunt bedenken die de specifieke natuurwetten in actie testen en de situaties waarin ze kapot gaan.
Het begrip tijd kan bijvoorbeeld worden onderzocht met behulp van experimenten met gelijktijdigheid. Het kan zelfs mazen in de wet onthullen die kunnen worden uitgebuit voor een beetje plezier.
Een dergelijke benadering zou aanzienlijk meer vindingrijkheid vergen en zou nauwkeuriger het werk simuleren van natuurkundigen in de echte wereld die de wetten niet van tevoren kennen en alleen hun waarnemingen hebben om hen te leiden.
Dit soort benadering is getest in virtuele werelden zoals Minecraft maar er is duidelijk ruimte om dezelfde benadering ook elders toe te passen.
De wetten van de virtuele fysica liggen voor het oprapen, mocht iemand de vindingrijkheid en de vrije tijd hebben om ze na te streven.
Referentie: arxiv.org/abs/1405.6703 : Second Life als platform voor natuurkundige simulaties en microwerelden: een evaluatie