Astronomia

Há uma aproximação da relatividade geral disponível no Universe Sandbox (1 ou 2)?

Há uma aproximação da relatividade geral disponível no Universe Sandbox (1 ou 2)?


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Esta resposta aponta que incluir a Relatividade Geral em uma simulação pode ser computacionalmente intensivo e pode não estar presente no Universe Sandbox.

No entanto, as respostas para Como calcular os planetas e luas além da força gravitacional de Newtons? discutir aproximações que vão mais longe no sentido de incluir os principais efeitos GR em um típica simulação do sistema solar onde os efeitos são pequenos.

Há alguma opção para "ativar" uma aproximação de GR no Universe Sandbox e / ou no Universe Sandbox 2? Ou planeja adicioná-lo mais tarde? E para verificar, é absolutamente certo que apenas a mecânica newtoniana é usada atualmente para propagar órbitas?


Conforme observado por @MikeG neste comentário, o FAQ do Universe Sandbox 2 aborda a questão, mas não de uma forma satisfatória ou útil:

Isso explica a relatividade?

Não, a física no Universe Sandbox² é atualmente apenas newtoniana.

Por quê? A resposta curta é que você precisa de um supercomputador para simular com precisão a relatividade geral. (enfase adicionada)

Jenn, astrofísica e desenvolvedora do Universe Sandbox², explica mais em uma postagem do blog: "A relatividade geral requer a simulação do próprio espaço-tempo. Ou seja, levando seu espaço de simulação, discretizando-o para uma grade 3-D de alta resolução e verificando o efeito de cada um e cada ponto nessa grade tem em todos os pontos vizinhos em cada passo de tempo. Em vez de simular um número N de corpos, você está simulando um grande número de pontos. Você começa com alguns dados iniciais da forma do seu espaço-tempo e, em seguida, vê como ele evolui de acordo às equações de Einstein, que são 10 equações diferenciais parciais altamente não lineares. "

Por que eu digo que isso não é muito satisfatório ou útil?

Porque é muito fácil quase completamente conta para efeitos da Relatividade Geral (GR) nas órbitas dos corpos do sistema solar apenas adicionando alguns termos aos ODEs que são integrados para propagar órbitas.

Respostas à pergunta Como calcular os planetas e luas além da força gravitacional de Newtons? (incluindo o meu) mostram como isso é feito o tempo todo. Eu reproduzi o que normalmente é feito em Python ao invés de em uma linguagem compilada para transparência, seria muito mais rápido se incluído em uma implementação de simulador razoável.

Conforme explicado aqui, para a aceleração newtoniana dada por:

$$ mathbf {a_ {Newton}} = -GM frac { mathbf {r}} {| r | ^ 3}, $$

Você pode apenas adicionar esta expressão:

$$ mathbf {a_ {GR}} = GM frac {1} {c ^ 2 | r | ^ 3} left (4 GM frac { mathbf {r}} {| r |} - ( mathbf {v} cdot mathbf {v}) mathbf {r} + 4 ( mathbf {r} cdot mathbf {v}) mathbf {v} right), $$

Para chegar perto, você certamente não precisa avaliar esses termos GR para cada par de objetos. A interação entre a Lua e Ceres, por exemplo, ainda pode ser newtoniana.

Todas as aproximações são aproximadas. A sugestão do FAQ de que eles não fazem isso porque você precisa de um supercomputador para ser preciso é um pouco enganosa. Usar esta aproximação direta é muito melhor do que não usá-lo neste contexto.

sim para Ondas gravitacionais, colapsos e outros efeitos "requer a simulação do próprio espaço-tempo. Ou seja, pegar seu espaço de simulação, discretizá-lo em uma grade 3-D de alta resolução e verificar o efeito que cada ponto dessa grade tem em todos os pontos vizinhos em cada passo de tempo ", mas apenas adicionar os principais efeitos GR à propagação dos corpos do sistema solar certamente não precisa de nada mais do que qualquer computador em que você já esteja executando sua cópia do Universe Sandbox 2.

EDITAR:

A resposta do FAQ continua:

Estamos, no entanto, interessados ​​em adicionar alguns recursos que tratariam de alguns efeitos da relatividade. Um exemplo é definir a gravidade para viajar na velocidade da luz, em vez de ter efeito instantâneo como faz atualmente. Você pode ler mais sobre isso na postagem do blog de Jenn: Gravitational Waves & Universe Sandbox².

Eu também pensei assim, mas de acordo com a resposta atenciosa de @DavidHammen, provavelmente não é assim. Eu não testei isso ainda, mas como vem de uma fonte confiável, tendo a acreditar. Retardar a gravidade sozinha, sem esses outros termos, parece ser o coisa errada a fazer nesse caso.


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Olá, nós somos Laura e Charlie, dois vinte e poucos anos morando em Londres! Gastamos todo o nosso tempo livre explorando casa e fora, lentamente jantando, bebendo, mergulhando e descobrindo os melhores pontos ao longo do caminho. Nós realmente esperamos que você tenha tanto prazer em ler sobre nossas aventuras quanto tivemos em compartilhá-las com você!


Criando sistema INTERSTELLAR & # 8211 Gargantua Blackhole System PARTE 2 (Universe Sandbox 2)

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É possível adicionar um disco de acreção ao buraco negro?

Huh, sem visualizações. : 3 Bem, então eu acho que & # 8217m seu primeiro! E doce Glob, é mesmo possível um planeta estar TÃO perto de um buraco negro ?! Alguém, por favor, me explique, eu não sou muito bom com física. : /

Ótimo vídeo! Mas não se esqueça de que a dilatação do tempo pode surgir simplesmente por estar mais baixo em um campo gravitacional. Você não precisa que o buraco negro gire para atingir a proporção de 60.000: 1. A extrema proximidade do planeta Miller & # 8217s com a extrema proximidade de Gargantua é a principal causa de sua dilatação.

Seria bom se você usasse o programa Kerbal Space para algo porque é um jogo espacial igual, mas você faz espaçonaves para lançar no espaço exterior e ir para outros planetas. É exatamente como o controle do espaço de hoje, exceto com kermans e diferentes astróides, luas e planetas. Embora a estrela seja chamada de Sol da mesma forma que a nossa. Talvez eles não se importassem com outro nome. Eu fiz 2 kermans orbitarem o sol e também um pequeno satélite que não faz nada. Sim, nada.

Estou confuso sobre o buraco de minhoca contra Gargantua. Eles não são um no mesmo? De Saturno, eles entram no buraco de minhoca e Amelia vê algo e estende a mão para fora da nave para tocá-lo como se toda a matéria fosse fluida. Mais tarde, descobrimos que o que ela viu e tocou foi Cooper em seu retorno pelo mesmo buraco de minhoca & # 8230WHICH tinha um ponto de entrada por Gargantua, embora o tesserato tenha aparecido em algum lugar aparentemente dentro do buraco negro. Então, eu não entendo por que muitos fãs interestelares estão declarando e descrevendo que o buraco de minhoca e Gargantua são diferentes. Além disso, se você pegou suas informações do livro, ele menciona onde está o sistema Gargantua / Pantagruel e a que distância do nosso sistema solar?

Ei, Anton. Sobre o erro de alcançar o mundo de Miller & # 8217s, bem, acho que você se esqueceu de fatorar a diluição do tempo na espaçonave também, porque eles provavelmente estavam orbitando a distâncias calculando o procedimento orbital tirando vantagem do tempo diluição que eles experimentam. Não sei se você simplesmente se esqueceu disso, mas eu só queria dizer a você. Eu posso estar errado embora. Se estiver, por favor responda.

Bom vídeo & # 8230, mas a dilatação do tempo mencionada no filme se deve ao campo gravitacional do buraco negro, não à velocidade de rotação do planeta. Isso é previsto pela relatividade geral, não pela relatividade especial.

Olá, por favor, você pode explicar por que as ondas gigantes estão no mundo dos moleiros? Obrigado !

O problema com a discagem de tempo é que o material ao redor do buraco negro também está emitindo muito calor. Então pode ser por isso que é seguro viver nesses planetas

Anton, tenho uma pergunta para você. Wtf acabei de bater 4 saturns em Júpiter e tenho MUITOS FRAGMENTOS! Para ser um planeta, eles mudaram para um gigante gasoso wtf como?

A estrela de nêutrons não morreria em mil anos da perspectiva das pessoas no mundo de Miller.


Adicione bigravidade (massa gravitacional negativa com massa inercial positiva) ao motor de física

Massa negativa dentro Universe Sandbox 2 é na verdade apenas um tipo possível de massa negativa, que, neste caso, tem suas massas inercial e gravitacional definidas para serem idênticas (ou seja, negativa). Portanto, a aproximação newtoniana fornece as seguintes leis de interação gravitacional:

Massa positiva atrai tudo (massas positivas e negativas)

Massa negativa repele tudo (massas positivas e negativas)

Corolário: o movimento auto-acelerado ou descontrolado, ou seja, movimento Perpétuo (mostrado no par de massas positivas-negativas no meio da imagem abaixo):

Leis de interação newtonianas de acordo com a única métrica da relatividade geral

Isso é usado, por exemplo, em alguns modelos de brinquedo de universos em estado estacionário (por exemplo, Farnes 2018). Como a massa negativa repele tudo, incluindo a si mesma, ela eventualmente preenche todo o espaço, enquanto a massa positiva produz aglomerados de matéria, através da instabilidade de Jeans.

Esta é a maneira padrão de pensar quando se usa a única métrica fornecida pela relatividade geral e a estrutura do modelo lambda-CDM convencional. Em outras palavras, é o que acontece quando colocamos massas positivas e negativas no mesmo espaço-tempo.

Mas alguns teorias bimétricas da gravidade use, como o nome sugere, dois & quotsetores & quot, cada um dedicado a uma espécie de massa, positivo vs negativo. Essas teorias são extensões da relatividade geral para duas métricas em vez de uma (o universo é então descrito como uma hipersuperfície 4D como Einstein & # x27s, mas com um lado da frente e um traseiro) e duas equações de campo acopladas em vez de uma, que descreve esses dois setores do mesmo universo. Eles não apenas resolvem o paradoxo do movimento descontrolado, mas também fornecem uma explicação alternativa para a matéria escura e a energia escura, ambas sendo um efeito da massa negativa invisível localizada no anticrônico (seta oposta do tempo) setor. Massas positivas e negativas não trocam fótons (massa negativa é, portanto, invisível), pois seguem seu próprio conjunto de geodésicas nulas, mas interagem (anti) gravitacionalmente, sendo parte da mesma hipersuperfície 4D.

A aproximação newtoniana é então diferente do que no caso da métrica única de GR e as leis de interação tornam-se:

Como as massas atraem

Ao contrário das massas repelem

Leis de interação newtonianas de acordo com as duas métricas de bigravidade

Você pode ver na imagem didática 2D acima que uma curvatura negativa induzida no espaço-tempo de acordo com a bigravidade é apenas uma percepção relativa: depende do ponto de vista do observador, ou seja, em qual setor a curvatura é medida. Isso leva ao conceito de massa aparente. Também se poderia dizer: & quot uma massa, duas curvaturas & quot…

Esses modelos bimétricos foram publicados em revistas de revisão por pares de forma independente por vários pesquisadores (ver, por exemplo, Hossenfelder 2008 Petit et al. 2014 Manfredi et al. 2018 ...)

A simulação usando essa massa negativa auto-atrativa foi feita no passado (ver, por exemplo, fig. 2 a 5 deste outro artigo e esta animação de 1992), e eles acionaram estruturas espirais em barras estáveis, bem como uma teia cósmica lacunar, a grande estrutura em escala do universo. De fato, como a massa negativa é auto-atrativa, ela produz conglomerados que estão localizados no centro de vazios cósmicos gigantes, repelindo as galáxias de massa positiva no espaço remanescente, como filamentos, paredes e nós, como bolhas de sabão conjuntas. Este BTW também explica a formação e dinâmica do Dipole Repeller. Bigravidade (que não explica a energia escura de algum "poder repulsivo do vácuo" nem a matéria escura por algumas partículas de massa positiva que ainda estão AWOL após 40 anos de pesquisa ativa) está de acordo com os dados de observação mais recentes.

Seria ótimo adicionar essa massa negativa alternativa (que na verdade seria Antimatéria simétrica PT, a antimatéria descrita uma vez por Richard Feynman) para o motor de física do US2, para que pudéssemos produzir novas simulações interessantes de qualidade muito melhor do que as anteriores.


Questões de ciência e astronomia

Por quê? Esta é de longe a teoria da cosmologia mais bem-sucedida já desenvolvida, e todos os astrônomos a usam. Eu até o uso implicitamente em minha própria pesquisa (eu uso o modelo Lambda-CDM com valores estabelecidos de parâmetros cosmológicos), já que sem ele eu calcularia distâncias e tamanhos de aglomerados galácticos incorretamente.

Também uma palavra de cautela sobre a determinação da estabilidade das duas luas - a mecânica orbital que pode levar à instabilidade é mais complicada do que "há ar ou não?" A interação mútua entre as luas será importante, bem como entre as luas e o Sol (isso já é importante para a Lua atual) e a interação das marés (que pode fazer com que as órbitas se expandam ou contraiam ao longo do tempo, também importante para a Lua atual). Simular a interação das marés provavelmente está além de nossa capacidade de fazer aqui, mas podemos pelo menos ver os efeitos das interações gravitacionais diretas com um simulador de n-corpos.

Esta é uma ideia popular, mas não se encaixa nas observações. Por exemplo, se o cinturão de asteróides já foi um planeta, então ele teria se diferenciado, produzindo um denso núcleo metálico cercado por manto e crosta. Se fosse quebrado, então cada asteróide independente de seu tamanho mostraria composições relacionadas a essa estrutura diferenciada. Mas não é isso que observamos. Em vez disso, cada grande asteróide (por exemplo, Ceres) é diferenciado por conta própria, enquanto os asteróides menores são misturas mais homogêneas. O que isso indica é que o cinturão de asteróides é um monte de material primordial que sobrou do disco protoplanetário, e os efeitos gravitacionais de Júpiter os impediram de se acumular em um único objeto.

Esta é uma questão excelente e fundamental, na verdade.

A ciência se baseia na construção de modelos que tentam explicar e prever o que observamos. Infelizmente, nunca podemos saber se um modelo é & quotcerto & quot - a ciência simplesmente não funciona dessa forma - mas podemos testar entre diferentes modelos e ver qual funciona melhor. Por exemplo, a gravidade newtoniana faz previsões suficientemente boas na maioria das circunstâncias, mas em outras circunstâncias você tem que usar a relatividade geral para ser mais preciso.

Com qualquer modelo, você pode descobrir se ele começa a divergir da realidade fazendo observações. No exemplo de Newton vs. Relatividade Geral, você pode descobrir que Newton está errado em campos gravitacionais fortes observando quanta luz é desviada ao passar perto do sol. Ou você pode descobrir que está errado em campos gravitacionais fracos (como aqui na Terra) se você tiver uma precisão muito alta. Mas se você só se preocupa com movimentos em gravidade fraca, velocidades muito mais lentas que a luz e não tem mais de 10 casas decimais de precisão, então não há problema em usar Newton.

Existe todo um campo da ciência conhecido como & quotAnálise de erro & quot, que lida com os detalhes sangrentos de como descobrimos & quothow bem sabemos algo & quot (quão confiantes estamos em uma medição, ou um modelo). É um tema fascinante!

Ainda será visível à noite, mesmo se os dois mundos estiverem mutuamente bloqueados por maré. Você simplesmente nunca será capaz de vê-lo de um lado do planeta. De onde você pode vê-lo, ele aparecerá fixo no lugar no céu, enquanto o Sol e as estrelas giram ao redor. Experimente no Space Engine - existem alguns planetas binários bloqueados mutuamente por maré.

Espero que este post não tenha parecido minucioso ou algo assim. Suas respostas são realmente boas e uma alegria de ler! Eu só queria corrigir quaisquer equívocos, pois eles também podem ser interessantes para aprender e falar sobre eles ou levar a novas perguntas. Na minha opinião, aprender é um dos grandes prazeres da vida.

Lembrete: Na verdade, escrevi tudo o que era necessário e, em seguida, meu navegador parou de responder! Que ótimo! Você nunca sabe o que o Universo vai jogar em você. Vou tentar o meu melhor escrevendo novamente. Lembre-se de que algo foi removido e adicionado.

Em primeiro lugar, explicarei por que não acredito na teoria do Big Bang. Provavelmente vou perder alguma coisa, mas não importa.
Ok, a primeira pergunta é quando isso aconteceu? Especula-se que o Big Bang aconteceu há 13,8 bilhões de anos. Bem, esse é um grande número, lol. Nós 'temos' tempo, agora onde isso aconteceu? Não tenho certeza de onde isso aconteceu. Mas, isso 'pode' ser explicado com a expansão do universo e do espaço de Hubbles. Onde tudo parece estar se afastando de você. Ok, temos quando e onde. Agora, uma questão mais complexa: Por quê? Por que isso aconteceu e também, quão? Os cientistas não têm ideia de por que e como isso aconteceu. Mas, no Livro de Stephen Hawking, ele disse que não há necessidade de "Deus" começar tudo isso. Ele disse que o Big Bang pode ser apenas aleatório. Eu não li o livro, mas foi mencionado em um episódio de 'O universo'do canal H2. Mas algo ou alguém teve que começar. Pergunta é o quê.

Todos estão se referindo a Deus como alguém. Ele / Ela não é humano. Deus é força. Então, por que a Bíblia e o Livro do Gênesis foram escritos? Isso não é uma piada. Eu tenho uma religião Eu era mais religioso antes. Agora, eu não sou muito, mas ainda acredito que há algo, algo que ainda precisamos conquistar para termos a capacidade de entender. A teoria do Big Bang é criada para uma puropose. E isso é afastar as pessoas da religião. É mais fácil manipular pessoas que não têm destino. Não me entenda como um cientista maluco e teórico da conspiração que usa papel alumínio na cabeça, lol. Tenho mais provas de Deus do que centenas de cientistas do Big Bang. Não sei se você quer ouvir minhas histórias, mas isso seria fora do assunto. Eu sou um cientista com religon. E só acreditarei na teoria do Big Bang se Deus 'em si' me disser isso. E isso significaria que Deus criou o Big Bang! Portanto, haveria um criador necessário.

Alguns ateus disseram que a religião matou mais pessoas do que qualquer guerra. Smart words, but wars can be fought for religion.

What happens when you die? Do you go to heaven or hell? Or there is just nothing. Reincarnation? Maybe you go in what you believe and you see what you believe.

But enough of Big Bang and God. I am not convincing you in anything. You have freedom of believes, like everybody.

Second, about the moon. It was middle of the night when I was typing that. I wanted to make it bit longer, and I could make it. It looks like I am finding some exuses to why I didn't explain better.

Third, about the asteroid belt. I indeed believe that there was something there. And something big happened. Maybe Ceres was a moon and there was planet. And then it got shattered into million fragments. There's a lot of telling there.

Now, Fourth. That's about measurments and right things. Many people believe that now we are at the final form of knowledge and that our meassurements are correct. Well, that's wrong. Same thing was hundreds of years back. Like Newton and his laws and his light observation. But people in that time, like in any era, they didn't want to go in the future. Only those people that wanted, they had hard time getting us where we are today.

Now, Fifth, the Venus thing. That could be simulated in the Universe Sandbox 2 or SE like all other things here. And I tought that that if they are tidally locked, then they are facing same side always.

You are probably right more than me, you have years of experience and, what I know. I just hope what we will find answers to anything in our lifetime. Looks like our lives are just questioning and answering infinite things.

I would like to talk about other things also, rather than just questioning and answering. I am curious if you watched season 1 of 'Genius' TV show from National Geographic channel. If you did, tell me some of your reviews. If you didn't, I recommend watching it.
Hope it is written good enough.


I Sent A Black Hole Through The Solar System In Universe Sandbox 2 And This Is What Happened

Ever since I was a kid I’ve been fascinated by outer space. Its vastness and beauty led me to gaze at countless photos taken by the legendary Hubble Space Telescope with awe, and decorate my walls with the sight of planets and stars.

As I’ve grown older I’ve learned to extend my hobbyism beyond simply admiring photos, instead educating myself on physics and astronomy. In nearly all cases I’ve employed a hands-off approach, reading books and watching documentaries to grow my understanding of the world around me. However, this last weekend I engaged in the process of experimentation using Universe Sandbox 2.

Although technically qualifying as a video game, Universe Sandbox 2 is much more of a physics simulator, going beyond what games like Kerbal Space Program offer to allow users to engage in astronomical experiments. It’s one of a kind, resulting in widespread admiration among astronomy enthusiasts. Although it’s currently in Early Access, it’s commonly featured in YouTube videos to help visualize complex topics.

The Birth Of A Cataclysm

With open, seemingly infinite space before me, the first thing I thought of was sending a black hole through the Solar System. And not just any ordinary black hole, but one with incredible mass: 100 solar masses (1 solar mass = mass of the Sun) to be exact. For the mathematically inclined, that’s 100(1.989 × 10^30) kilograms. For those who like long numbers, that’s 100(1,989,100,000,000,000,000,000) kilograms. Most calculators can’t even comprehend that figure.

Despite its enormous mass, this black hole had a radius of 295 kilometers. In other words, you could fit nearly 22 of them inside Earth. This profoundly small size is the norm when it comes to black holes, as astronomers have learned during recent years. Birthed only by the violent death of stars much more massive than our sun, the science behind their inner workings has puzzled the brightest minds of humanity during the past half millenium.

The black hole began its journey 90 AU from the Sun, which is equal to 13,463,808,363 kilometers, or nearly three times the separation of Pluto’s average distance from the Sun. Its size was so small in comparison to other celestial bodies that my only hope of tracking its movement was to enable trails, which introduced unrealistic visual variables to my simulation. Without trails, or selecting the black hole directly, I would have no chance of finding it within the far-reaching darkness of space.

As the black hole began its transit toward the Solar System, its disturbance of nature could be seen as stars in the far distance behind it warped into a blur. Called gravitational lensing, this bending of light was first theorized by Albert Einstein’s general theory of relativity in 1915. The visible area of influence signifies the black hole’s event horizon, a boundary by which no object can escape, not even a photon, the fastest moving particle in the known universe.

As I was busy positioning my camera to get a better look at the black hole, I witnessed its destruction of a large number of objects. At first I wondered what these objects were, before realizing that it was traveling through the Kuiper Belt, a massive ring of asteroids at the far reaches of the Solar System that was only discovered by mankind a couple decades ago. The black hole wasn’t wasting any time with consuming additional mass.

Celestial Influence

Before it ever came close to contact with another celestial body, the black hole’s distortion of spacetime could be witnessed. The orbits of outer planets were the first to be disturbed, as Uranus, Neptune, and Saturn swang into elliptical orbits stretched toward the black hole. These gas giants stood no chance against the influence of the black hole.

Traveling at over 32,000 kilometers per second, the black hole didn’t require much time to push a once stable system into complete disorder.

As the black hole continued its approach, the inner planets within the Solar System succumbed Mars, Earth, and even the Sun were pulled toward it. Due to velocity and secondary gravitational forces, this resulted in corkscrew-like trajectories for the inner planets. The circular orbits that once provided stability were nowhere to be seen.

It was at this point that all hope of escaping the wrath of the black hole was lost.

As impending doom grew closer, being swallowed into the singularity of the black hole wasn’t the only thing to worry about. Temperatures of each planet began to rise by thousands of degrees celsius as they were drawn well outside the circumstellar habitable zone, forced to adapt to extreme conditions where celestial bodies were too close for comfort.

On Earth, this meant the shattering of the ozone layer, and vaporization of the oceans that once housed millions of lifeforms. For Jupiter, this meant the expulsion of gases. The composition of every planet, no matter its configuration, was impacted in an irreversible manner.

Soon, the planets were torn asunder as they came too close to the black hole and molecules could no longer resist its spacetime distortion. The first to die was the Sun, which fell into the black hole with no resistance. Its energy that once gave life disappeared in the blink of an eye. Though it was fed the largest object in the Solar System, the black hole was still not satiated.

The few planets that managed to temporarily avoid direct impact with the black hole would soon meet their shared fate as they would become one with the black hole after only a few orbits.

At the end of it all, all that was left was the black hole.

What’s most frightening about this simulation is how undetectable the black hole was. No matter the circumstance or how violent its interactions with the visible universe were, it was seemingly quiet and unsuspecting. In-fact, outside of its gravitational lensing and event horizon, the black hole was virtually invisible.

And just like that, a star system that survived billions of years of evolution and gave birth to humanity disappeared into the void.

Other Experiments

I performed a few other astronomical experiments during my time in Universe Sandbox 2. One of the first I performed was a simulation of the inevitable collision between our Milky Way galaxy and that of Andromeda, our closest neighbor. Estimated to arrive in four billion years, this convergence of over one trillion stars is quite a sight to behold.

However, my favorite of the bunch was witnessing a simulated supernova. Forget what you remember of Sephiroth’s special ability in Final Fantasy VII, these astronomical events are some of the most powerful in the known universe, occurring at the death of stars with incredible mass well beyond that of our Sun.

Watching a massive star’s core collapse and lose stability was remarkable as colors across the full spectrum of visible light be seen ejected into space at every angle. All the matter that once formed this powerful star was freed from its densely fused environment, allowed to explore new territory.

As fun as the experiments were, what was most profound is how they introduced new questions to my consciousness. Could a black hole ever realistically enter the solar system? What will actually happen when the Milky Way crosses paths with Andromeda?

In regards to the latter, I learned that the chance of stars crashing into one another during the collision of two galaxies is extremely rare, to a point where experts say there’s a less than 1% chance that the Sun will impact another celestial body during this galaxy redefining event. Not that it matters much since the Sun only has roughly 5 billion years left worth of fusion, and latest simulations indicate that it will be ejected from the galaxy during the collision. But it’s nice to know, nonetheless.

You could say I learned a thing or two about how fragile, and often violent, the universe is thanks to Universe Sandbox 2. I plan to explore more ideas, but for now excuse me while I appreciate that the real Solar System is still alive and well.


How one man created his own universe

Computer applications shouldn't make you feel godly that's a domain usually reserved for gaming.

Universe Sandbox isn't a game, yet we feel a million feet tall and can shoot moons out of our fingertips. As experiences go, that's unique. The fact that we recently smashed two distinct galaxies together to see what happened (a boiling mess of stars and obliterated matter, if you're wondering) is neither here nor there.

The simulation

The word 'sandbox' is frequently bandied around, often without the required clarity. We're sick of seeing 'physics sandboxes' that consist of nothing more than a basic physics engine and some cubes. The next time someone describes a generic open-world game as a 'sandbox', we shall scream.

Construction-heavy Second Life, perhaps Built-for-you GTA, no. Which is why we're a little conflicted when it comes to Universe Sandbox.

It's not a big scientific application, you see. You won't find every strand of complicated physics replicated in this copy of the universe. There's no General Theory of Relativity, which essentially ensures that none of us will be relying on it's asteroid impact predictions to save us from exploding sky death.

It seems more like a toy designed so that easily stimulated minds like ours could bash a couple of universes together and giggle with childish glee. The author, Dan Dixon, admits on his website that the code isn't entirely stellar – while it makes use of Newtonian physics, it's a "brute force n-body algorithm" which does most of the work – but there are so many variables in the universe that true simulation would be impossible. That such a high-level sim can occur on such little processor overhead is, therefore, remarkable.

Made to measure

Development has progressed steadily over a number of years. "Fifteen years ago in high school I came across a very simple gravity simulator and decided to write my own," Dixon told PC Plus revista. "With some help from my Dad, who also inspired my love of astronomy, I wrote a very simple simulator back in 1993. I revised this idea in 1997 and created the first 3D version in 2000. Older and wiser, I began working with the idea again in 2007 but this time I kept going."

Universe Sandbox seems to have benefited from this loose development structure – unconstrained by a concrete plan, Dan Dixon just let his enthusiasm drive the project along. "I would add a feature, get it working, and then move to something else. There was never a specific plan: I was just making something that I wanted to play with. And I discovered that others wanted to play with it too."

And why does Dixon feel the project is so appealing? "I've always been interested in the fascinating motion [generated] from such simple maths," he says. "Yet unlike fractals, which are less tangible, the maths behind gravity is so clearly epic and beautiful."

Tweaking reality

As a teaching aid, we can't think of much better. Showing your audience the movement and relative size of the solar system will certainly be an eye-opener under the auspices of Universe Sandbox's crisp, anaglyphic 3Dcapable graphics engine, as will lining up the bodies in the solar system in size order then having them career into the sun.

Universe Sandbox is full of entertaining demos and effects that put you in the middle of some fairly improbable situations. "Most of the 'Fun things to Do' activities are simulations that I created to entertain myself and my brother," says Dixon. "I really like playing with particles while wearing 3D anaglyphic glasses. I'll often find myself adding rings around bodies and then introducing massive planets to twist and distort the rings into strange, organic shapes."


Respostas e Respostas

I very much doubt that any commonly available software is accurately modelling gravitational wave emissions and their interaction with a solid body. It might be doing something like calculating the average power of emitted gravitational waves, but I don't know how you'd go about modelling the absorption of the Earth. I rather doubt it's very high for waves in the kHz range as you seem to be suggesting this system emits. That would suggest little heating.

The animation also looks odd to me. The camera appears to be following one black hole, but the background isn't circling as I would expect if the holes are mutually orbiting. It's also difficult to judge distance without knowing the "camera" settings, but the holes don't look very far from the Earth. How close are they supposed to be and what masses do they have?

This is a page on how the software calculates tidal heating:

This page describes how it handles “roche fragmentation”

This is not a well specified scenario you can't just wave your hands and say "far enough not to cause a tidal disruption event". You need to give specific numbers. You did it for the speed, why not for the distance of closest approach?

I'm confused it seems like in your OP you are saying tidal effects should be negligible. But then why should tidal heating or roche fragmentation be present?

The wiki linked above does indeed have no page for "gravitational wave", nor even "gravity wave".

@Devin-M - the tidal heating page you linked links on to a Wikipedia page, which states a tidal heating formula without derivation. I don't think this is simulating gravitational waves. I presume the extreme heating is some effect of the model of tidal heating, probably because the orbiting holes are rapidly changing distance from the planet. I rather suspect, though, that the model isn't valid because the Earth can't deform much on a kiloHertz timescale, so can't absorb as much energy as it could with a slower change.

I concur that it's unlikely that the program includes gravitational waves, or any other GR effects. So I'd guess that it only includes Newtonian gravity. Which I would think would be sufficient, as long as the distance of the BH away from the Earth >> the Schwazschild radius of the black holes, which is about 3km for a solar mass.

Why you are seeing a difference in heating is unclear. What I'd expect is that the tidal force would vary as 1/r^3 in the far field, and I think the displacement and heating would scale the same way, though I could be wrong about the scaling of the heating / displacement. I could also be incorrect in assuming that the distance was large enough to be in the far field.

So if there was a large difference in r, that could explain the difference. But you haven't given us any information on the distance or the ratio of distances. It's also possible that it has something to do with a rapidly oscillating displacement (you mentioned that the BH's were rotating around each other several hundered times a second), as others have mentioned. If the displacement calculations that estimated the power flows assumed slow changing fields, they might be way off, giving a large rapidly oscillating displacement that would overestimate the heating power.

If you can reach the author for comment it might give you some insight. I would not believe the answer from a game without working through the math in detail. Which would be a fairly arduous task.

That said, I was reasonably impressed when I looked up the integration algorithm, http://universesandbox.com/forum/index.php?topic=13479.0, and found that the developer I said spent some time discussing the advantages of a symplectic integrator.

Possibly you could post to the same website above and a developer might have comments about how accurate their simulation was in the circumstances you describe.

One other point - if the simulation did include gravitational radiation, I'd expect the frequency of the BH's orbiting each other to vary with time, giving rise to a "chirp" signal as was seen for the inspiral LIGO detected. From your description, there was no such chirp signal, further suggesting that Gravitational waves were not modeled in the simulation.


How one man created his own universe

Computer applications shouldn't make you feel godly that's a domain usually reserved for gaming.

Universe Sandbox isn't a game, yet we feel a million feet tall and can shoot moons out of our fingertips. As experiences go, that's unique. The fact that we recently smashed two distinct galaxies together to see what happened (a boiling mess of stars and obliterated matter, if you're wondering) is neither here nor there.

The simulation

The word 'sandbox' is frequently bandied around, often without the required clarity. We're sick of seeing 'physics sandboxes' that consist of nothing more than a basic physics engine and some cubes. The next time someone describes a generic open-world game as a 'sandbox', we shall scream.

Construction-heavy Second Life, perhaps Built-for-you GTA, no. Which is why we're a little conflicted when it comes to Universe Sandbox.

It's not a big scientific application, you see. You won't find every strand of complicated physics replicated in this copy of the universe. There's no General Theory of Relativity, which essentially ensures that none of us will be relying on it's asteroid impact predictions to save us from exploding sky death.

It seems more like a toy designed so that easily stimulated minds like ours could bash a couple of universes together and giggle with childish glee. The author, Dan Dixon, admits on his website that the code isn't entirely stellar – while it makes use of Newtonian physics, it's a "brute force n-body algorithm" which does most of the work – but there are so many variables in the universe that true simulation would be impossible. That such a high-level sim can occur on such little processor overhead is, therefore, remarkable.

Made to measure

Development has progressed steadily over a number of years. "Fifteen years ago in high school I came across a very simple gravity simulator and decided to write my own," Dixon told PC Plus revista. "With some help from my Dad, who also inspired my love of astronomy, I wrote a very simple simulator back in 1993. I revised this idea in 1997 and created the first 3D version in 2000. Older and wiser, I began working with the idea again in 2007 but this time I kept going."

Universe Sandbox seems to have benefited from this loose development structure – unconstrained by a concrete plan, Dan Dixon just let his enthusiasm drive the project along. "I would add a feature, get it working, and then move to something else. There was never a specific plan: I was just making something that I wanted to play with. And I discovered that others wanted to play with it too."

And why does Dixon feel the project is so appealing? "I've always been interested in the fascinating motion [generated] from such simple maths," he says. "Yet unlike fractals, which are less tangible, the maths behind gravity is so clearly epic and beautiful."

Tweaking reality

As a teaching aid, we can't think of much better. Showing your audience the movement and relative size of the solar system will certainly be an eye-opener under the auspices of Universe Sandbox's crisp, anaglyphic 3Dcapable graphics engine, as will lining up the bodies in the solar system in size order then having them career into the sun.

Universe Sandbox is full of entertaining demos and effects that put you in the middle of some fairly improbable situations. "Most of the 'Fun things to Do' activities are simulations that I created to entertain myself and my brother," says Dixon. "I really like playing with particles while wearing 3D anaglyphic glasses. I'll often find myself adding rings around bodies and then introducing massive planets to twist and distort the rings into strange, organic shapes."


Relativity/Aether Question

I know there is a lot of woo/pseudoscience associated with this animation these days, but how accurate is the general concept, in light of general and special relativity?

The best I approximation of answer I could find was: http://en.wikipedia.org/wiki/Luminiferous_aether#End_of_aether.3F and it seemed that Einstein and Lorentz were always divided on the specifics of the subject.

You should download Universe Sandbox, does a great job of understanding the movements of planets and such from whatever observational point you choose.

I'm not sure what the animation has to do with anything but the entire idea of a luminous aether was definitively disproved long ago.

It's not quite clear what your question is. If you are wondering about the aether (an absolute reference frame which we all move in reference to) I can tell you that the idea is all but extinct in modern physics, since special relativity (the non-existence of such a frame) has been confirmed to very high accuracy.

I'm not sure what you mean about the "woo/pseudoscience associated with" that animation. It seems like a perfectly good animation to me. And I'm not entirely sure how it relates to special or general relativity (or how it relates to your question, rather). Please elaborate. :)

(Just to make sure, your link pointed to an animation about the Solar System, right?)