¿A cuántas personas puede admitir mi mundo Spire?

Muy bien, tengo esta gran nave colonial/mundo artificial y necesito averiguar qué tipo de población puede soportar. Iré directo al grano y te daré los detalles.

  • Longitud: alrededor de 1,000,000 millas de largo
  • Diámetro: 100 millas
  • Circunferencia: 314 millas

Algunos detalles más, la gente vive en la superficie interior de la Torre, por lo que si estuviera parado dentro de la Torre, sus pies estarían apuntando hacia afuera y su cabeza apuntaría hacia el centro. El Spire está segmentado en "unidades" de 500 millas de largo. Cada unidad tiene 200 millas de producción de alimentos y agua, 100 millas de áreas residenciales (que incluyen recreación), 100 millas de producción, generación de energía y administración, y 100 millas de procesamiento de desechos, reciclaje y un centro de control de drones.

Puede asumir que hay un cilindro perfecto que tiene 1,000,000 millas de largo por 100 millas de diámetro de espacio utilizable.

Entonces, dada esta cantidad de espacio y producción de alimentos, ¿cuál es la cantidad máxima de personas que este Spire podría soportar técnicamente?

Editar: las personas que viven aquí tienen tecnología que es de nivel industrial temprano en el mejor de los casos, tecnología renacentista para algunos, y algunos grupos disidentes todavía están en niveles medievales. Sin embargo, el propio Spire está muy avanzado en el futuro. Estamos hablando de IA, materia programable, generación fácil de antimateria, materia exótica, prácticamente cualquier cosa que se te ocurra. The Spire se encarga de las condiciones atmosféricas y el clima, por lo que son perfectos para cultivar alimentos, pero la gente es responsable de plantar y cosechar.

¿Qué nivel de tecnología se utiliza para la producción de alimentos y el soporte vital?
Viven dentro del cilindro que produce y recicla la atmósfera.
Lo que estás describiendo se llama un "cilindro O'Neill".
Sí, supongamos que los habitantes promedio son de tamaño humano.
¿Qué cultivos cultivan? ¿Tienen plagas? ¿Tengo razón al entender que el clima está totalmente controlado? ¿Qué zona agrícola se simula? Los rendimientos de los cultivos dependen del tipo de cultivo, la tecnología agrícola, el acceso a los fertilizantes y la zona. Debe especificar estos y la cantidad de tierra cultivable para poder calcular la cantidad de alimentos que se puede producir potencialmente.
Por cada unidad de 500 x 314 millas hay 200 x 314 millas de tierra cultivable, calculé que 200 millas se subdividirían en diferentes zonas que son mejores para ciertos cultivos y algunas secciones más pequeñas para la carne. Las plagas son el engendro ocasional de abominaciones sobrenaturales locales, pero eso causa más problemas que la pérdida de cosechas. Y sí, el clima está controlado por el Spire, por lo que cada sección tiene el clima perfecto para un cultivo en particular, digamos 100 millas cuadradas perfectas para el maíz, otras 100 millas cuadradas perfectas para la soja, etc.
@cowlinator Un cilindro O'Neill es una gama específica de diseños que son considerablemente más pequeños que este en todas las dimensiones.
Esa es un área de alrededor de 180 millones de millas cuadradas disponibles para la habitación humana. Eso es 57 veces más grande que el área de los Estados Unidos de América, o 3,5 veces más grande que Europa, Asia y África juntas.
Esa es un área de superficie de 3.14x10^8. El área de la superficie de la Tierra es 1.97x10^8. Población máxima prevista: 10-20 mil millones. (Asume una carcasa infinitamente delgada, engrosa la carcasa para, por ejemplo, maquinaria y reduce el área de superficie disponible del cilindro interior). Sus suposiciones para el espacio disponible no tienen en cuenta la gran cantidad de almacenamiento de agua que necesita, razón por la cual Simplemente estoy multiplicando la población de la Tierra.
Bueno, las medidas eran para el interior del cilindro. Estaba pensando que la "piel" del cilindro tendría una milla más o menos de grosor, lo que permitiría el almacenamiento, el transporte, etc. cuidado de la luz, la temperatura, la precipitación y otras consideraciones atmosféricas.
Puedes hacer lo que tu historia necesita. En lugar de elegir números arbitrarios para el tamaño de su barco y luego sentirse obligado a usar lo que dicen los cálculos en la población, elija la población que mejor se adapte a su historia y luego encuentre una razón por la que sea así. Con su tecnología, pueden hacer alimentos ilimitados y lidiar con desechos ilimitados. Podrías tenerlos empaquetados como una prisión en cada espacio habitable. Me imagino que un barco lleno de refugiados podría hacerlo de esta manera, para salvar al máximo número posible de un mundo moribundo. O podría haber diseñado el Spire para muchas más personas de las que ahora contiene.
Variables desconocidas que deben abordarse: ¿La IA compensa los recursos que faltan en áreas de menor tecnología? ¿Cuántos segmentos son agricultores de subsistencia de la era completa o del renacimiento y cuántos son agricultores de la era industrial? ¿Cuántos hay en el medio? ¿En cuántas regiones los agricultores fueron derrotados y abrumados por los ganaderos/hersdem nómadas? ¿Cuántas regiones están muertas?
Este es un cilindro McKendree, no O'Neill.
¿Qué tipo de clima(s) existen dentro del cilindro? (las condiciones perfectas varían entre los diferentes tipos de cultivos) ¿A qué tipo de cultivos tienen acceso? ¿Qué pasa con los materiales como la madera y la piedra, qué tan disponibles están para la gente? ¿Hay algún tipo de patógenos y/o parásitos? ¿Hay algún tipo de ganado disponible o solo existen plantas y sus humanoides dentro de la aguja? Estas variables pueden afectar bastante a los números.
La IA siempre se asegurará de que cualquier grupo de personas tenga acceso a las herramientas y los recursos que necesitan. El clima puede cambiar pero, en términos generales, cada sección agrícola tiene múltiples subdivisiones, cada una con un clima diferente. Los únicos patógenos o parásitos son en gran medida misteriosos, con sabor a horror cósmico y tienen muchas más repercusiones que la simple pérdida de cultivos. Finalmente, pensé que habría algo de ganado/peces disponibles para complementar la dieta vegetal.
Del área de superficie pura, ya tienes tu respuesta. Pero en la pregunta se me escapan algunos detalles. ¿Pueden fallar sus cultivos o el control de drones corregirá los errores humanos? ¿Qué conocimientos tienen esas sociedades? Supongo que no usan fertilizantes, así que ¿conocen la rotación de cultivos? Nuestra tierra hoy día sustentaría a mil millones de personas sin fertilizantes.
Pensé que las cosechas podrían fallar, pero solo por la interferencia externa o la falta total de trabajadores humanos. Los drones no harán todo, pero harán mucho. Los agricultores que viven en estas sociedades estarían muy bien informados sobre su oficio y definitivamente sabrían sobre la rotación de cultivos.
Esta estructura de aguja falla en las matemáticas de factibilidad. Su longitud es un poco más de 250 veces el diámetro de la Tierra, lo que lo hace estructuralmente inestable. Las personas en los extremos lejanos experimentarían atracción gravitacional hacia el centro de la aguja, y eso suponiendo que la estructura no sea superada por la gravedad y aplastada en una esfera de metal fundido. ¿De dónde vinieron los materiales de construcción?
Como referencia, la longitud máxima de este tipo de estructura con los niveles tecnológicos actuales de los materiales de construcción es aproximadamente un 25 % más corta que el diámetro de la Tierra. Su mundo de agujas propuesto es demasiado largo.
@Beefster, la justificación en la historia de la máquina imposible es que fue hecha por una sociedad posterior a la singularidad. Es una de un conjunto de 7 grandes "máquinas" que son todas igualmente imposibles por lo que podemos decir, pero para una civilización que es capaz de hacer literalmente una galaxia desde cero, son apenas posibles.

Respuestas (4)

Esta respuesta es una combinación de matemáticas y suposiciones relativamente simples.

Se supone que el principal factor limitante de la población es el suministro de alimentos. Una sección agrícola tiene 200 millas de largo y 314 millas de ancho, lo que nos da 62.800 millas cuadradas o 162.651,25 kilómetros cuadrados.

Suposición #1: la utilización de la tierra agrícola es del 90%. El resto está ocupado por edificios, caminos y cuerpos de agua.

Terreno cultivable por tramo: 56.520 m2; 146.386,13 km2; 36,172,800 acres

Supuesto #2: un acre de tierra puede sustentar desde 2 personas (métodos no intensivos) hasta 4 personas (métodos preindustriales intensivos).

Suposición n.° 3: todas las secciones de Spire están bien administradas, lo que significa que las enfermedades, las guerras y los desechos no afectan significativamente a la población.

Número de personas por tramo: 72.345.600 a 144.691.200

Una aguja de 1.000.000 de millas de largo significa que tenemos 2.000 secciones.

Población total: 144.691.200.000 a 289.382.400.000

El área de la superficie es solo un 50% más grande que la Tierra. ¿Dónde estás poniendo toda el agua? (Las suposiciones del OP para la utilización están un poco fuera de lugar).
@JBH En ninguna parte. No es necesaria una superficie cubierta de agua.
El almacenamiento de agua en realidad podría ubicarse de manera útil en una capa entre el casco exterior y el paisaje interior. El agua es un excelente escudo contra la radiación.
@ LoganR.Kearsley El agua siempre es necesaria. Esta pregunta sugiere unas 49.000 personas por kilómetro cuadrado o 12,7 billones si el 100% del espacio se dedica a tierras de cultivo. Pero hay mucho asumido por todo eso, como la generación de luz, el agua y la maquinaria de la vida.
@JBH El agua es necesaria. La superficie cubierta por agua no lo es. Con un área de superficie 50% más grande que la Tierra, eso nos da 4.5 veces más área de tierra para trabajar, y dado que gran parte de la tierra de la Tierra no es habitable o no está habitada, un multiplicador mucho mayor en la superficie habitable real.
@ LoganR.Kearsley No me importa en qué dirección vaya, me importa que no se adapte. Va a tomar volumen, mucho más de lo que la gente piensa. Una cantidad de agua menos que trivial se encuentra en el aire, los ríos, los lagos (por ejemplo, el riego) y los acuíferos de la Tierra. El OP no ha considerado qué tan grueso debe ser ese caparazón.

Sin saludos serios, cero

Tal mundo no es estructuralmente estable. La estructura teórica más grande posible de esta naturaleza utilizando nanotubos de carbono (10.000 km) es más corta que el diámetro de la tierra (~12.750 km). Una aguja de la longitud propuesta colapsaría por su propia gravedad en una esfera fundida de nanotubos de carbono en una catástrofe horrible no muy diferente a un mol de topos . Me parece extremadamente inverosímil que incluso la ciencia de materiales hiperavanzada pueda producir un material 300 veces más fuerte que la fibra de carbono que de alguna manera pueda resistir la tendencia cósmica de cosas muy grandes a colapsar en esferas. La gravedad siempre gana.

Esta estructura es lo suficientemente larga como para que básicamente se comporte como un fideo crudo gigante (quizás incluso como un fideo cocido, dependiendo de la capacidad del material para doblarse). Un desequilibrio de masa lo suficientemente grande, particularmente en cualquiera de los extremos, enviaría a esta estructura a toda velocidad fuera de control (supongo que la gravedad se simula a través de la rotación) y haría que se rompiera en pedazos o, como mínimo, causaría frecuentes terremotos severos en la mayoría de los lugares. de la estructura

Si de alguna manera es físicamente posible, todavía hay otros problemas.

También está el problema de la atracción gravitacional hacia el centro de la aguja. Los extremos de la aguja se sentirán como montañas empinadas y, como resultado, potencialmente no serán habitables. La aguja necesita aplicar antigravedad en los extremos para que esta configuración funcione.

El transporte de mercancías y datos es un gran problema logístico. Un mensaje enviado de un extremo a otro de la aguja a través de la luz tardará aproximadamente 6 segundos (1 000 000 millas/186 000 millas/segundo) en llegar. Esto no tiene en cuenta la pérdida de señal. Tenga en cuenta que esta distancia es un poco más de 2 viajes de ida y vuelta a la luna.

Si tuviera algún tipo de sistema de transporte magnético como el tren bala, podría alcanzar velocidades de al menos 125 MPH, probablemente mucho más al evitar la resistencia del aire, pero incluso una ganancia de un factor de 10 se producirá con una energía mucho mayor. costes y rendimiento térmico. Si de alguna manera lograra una ganancia de velocidad práctica de 100x (para 12,500 MPH), todavía tomaría 80 horas transportar un bien de un extremo a otro de la aguja. Siendo realistas, se verá atascado con velocidades mucho más bajas para el uso diario, aislando efectivamente los extremos de la aguja entre sí.

Las unidades de Spire deberán ser bastante autosuficientes y solo pueden comerciar de manera realista dentro de una docena de unidades más o menos. Si cada unidad tiene su propio gobierno soberano, hay muchas posibilidades de que haya aranceles progresivos en cada unidad a lo largo del camino, lo que limitará aún más el comercio.

En cuanto a la población, 1 millón * pi cien = pi cien millones de millas cuadradas. Con 10 personas por milla cuadrada en promedio, eso le da una población total de aproximadamente pi mil millones de personas. Las densidades de población más altas no están fuera de discusión, poniendo un límite teórico en algún lugar alrededor de 30 mil millones de personas, posiblemente más.

Querías una base científica , así que te estoy dando una dura realidad. Sugiero eliminar esa etiqueta si tiene la intención de seguir esta configuración en serio.

No estoy tan seguro sobre el tema de la gravedad. Un mol de moles se trata de una picadora de carne gravitacional bastante descontrolada, se trata de ingeniería. Si se tiene en cuenta la gravedad durante la construcción, la colocación inteligente de reservas de material y pisos de pizarra podría ser suficiente. No tengo idea de cómo calcular algo así, pero tal vez podría ayudar colocar depósitos masivos en ambos extremos. Además, los hábitats de los cilindros son insignificantes. Shellworlds, Topopolisses y Active-Support-Ringworlds reinan entre las megaestructuras realistas.
Ruego no estar de acuerdo. Toda la estructura, a pesar de su impresionante longitud (1.000.000 de millas) tendrá solo una pequeña fracción de la masa de la Tierra, que, en tales distancias, se transformará en una gravedad minúscula. Las referencias citadas no indican que la gravedad sea un factor limitante aquí. Incluso si lo es, supuestamente nada puede evitar que giremos toda la aguja sobre su centro (sobre el segundo o tercer eje principal), anulando así cualquier posible efecto de la gravedad.
@Alexander, no puedes girar alrededor de 2 ejes al mismo tiempo. También debe tener en cuenta que cualquier rotación requerirá que la estructura resista la flexión y la torsión o sea capaz de sincronizar perfectamente millones de propulsores de cohetes. Cualquier fuerza o torsión que ocurra en un extremo tardará al menos 6 segundos en propagarse al otro extremo. Los cuerpos rígidos no existen, especialmente no a esa escala.
@Beefster No, un objeto puede girar alrededor de 2 ejes: dos ejes para movimiento de rotación . Su segunda objeción es válida si tenemos el requisito de que la aguja debe permanecer rígida y recta todo el tiempo, pero imagino esta aguja como un tren de vagones en lugar de una gran barra sólida.
@Alexander aún así, eso significa un desastre para la estabilidad de la estructura y probablemente causaría terremotos severos como mínimo.
@Beefster sí, el proceso de giro puede ser un poco accidentado (al igual que el giro unidireccional).

No sabemos exactamente. Pero es funcionalmente ilimitada.

La Tierra es (aproximadamente) una esfera cuyo radio es de aproximadamente 4K millas . De manera muy aproximada, podemos comparar el área de la superficie de la Tierra con el área de la superficie de este cilindro, para obtener una estimación viable de cuántas personas puede soportar su nave.

No será exacto; la gente realmente vive en un volumen, por supuesto, pero las dos configuraciones tienen una tercera dimensión casi idéntica. Todos los que viven en la superficie interior del cilindro son muy similares a todos los que viven en la superficie exterior de la Tierra. Esto es aproximadamente un factor constante de (digamos) un tercio de milla de altura; no se cancela exactamente , pero lo suficientemente cerca.

Entonces, el área de la superficie de la Tierra es ~ 197 millones de millas cuadradas. El área de superficie de su recipiente cilíndrico es A = 2πrh . (Puedes ignorar los discos en cada extremo; funciona como una centésima de un por ciento). Eso termina siendo 314 millones de millas cuadradas.

Su nave es aproximadamente un cincuenta por ciento más grande (por área de superficie) que la Tierra entera. Curiosamente, por volumen , el Spire es una cuadragésima parte del tamaño de la Tierra. Esto se debe a que una esfera tiene una relación óptima de área de superficie a volumen, y un cilindro se aleja más de lo óptimo a medida que se vuelve más asimétrico. El Spire está muy torcido.

No hemos probado el límite máximo de población soportable de la Tierra

La gente ha hecho predicciones grandiosas sobre el límite de la biosfera y demás antes. Ninguna de sus espantosas profecías de fatalidad sobre la incapacidad de cultivar suficientes alimentos se cumplió. Ciertamente, debe haber algún tipo de límite impuesto simplemente por la cantidad de personas que la Tierra puede soportar, pero hasta la fecha, las presiones sociales han sido el factor limitante. Si quisiéramos un crecimiento demográfico explosivo, podríamos reestructurar la sociedad para conseguirlo; tenemos otras prioridades.

TL;RD

La nave tiene aproximadamente 1,5 veces el tamaño de la Tierra por área de superficie. Una aproximación razonable de Fermi para 'cuántas personas puede soportar esta nave' parece ser 'Alrededor de la mitad de las que puede soportar la Tierra'.

Pero en realidad no sabemos cuántos puede la Tierra.

¿Por qué considera el volumen? El volumen total del interior de la tierra es en su mayoría irrelevante para la cantidad de personas que puede soportar. Necesita mirar las áreas de superficie, no el volumen.
Porque es una comparación de manzanas con manzanas, en lugar de tratar de comparar el área de la superficie de la Tierra con el volumen de la nave. Mi respuesta incluso trae eso a colación.
Creo que necesitas comparar la superficie terrestre de la Tierra con la superficie de la nave. Las personas solo viven en la superficie interior del cilindro, no en todo el volumen.
Dioses. Tienes razón, mis ojos se nublaron justo sobre ese pequeño detalle tan significativo . ¡Es bueno que alguien por aquí esté prestando atención! Tenía la impresión de que todo el volumen interno de la embarcación era una estructura interior utilizable. Así que estoy comparando manzanas con manzanas imaginarias en el plano mucho más complejo de lo necesario. Arreglaré eso.
Agregue a eso que el cilindro de O'Neil no contendría vastos océanos, por supuesto. Eso sería simplemente un desperdicio de bienes raíces. De todos modos, la agricultura necesitaría depender del reciclaje y filtrado del agua, porque los constructores buscarían la capa de suciedad más delgada posible. (La suciedad es pesada y no aumenta la resistencia estructural del cilindro).

Basta con comparar con la tierra. La Tierra tiene alrededor de 57 millones de millas cuadradas de superficie terrestre. Su cilindro tiene 314 millones de kilómetros cuadrados, unas 6 veces más. La población de la Tierra en 1600 era de alrededor de 500 millones, en 1800 alrededor de 1000 millones. Esto le da una estimación de 3 a 6 mil millones.

Esto es mucho menos que la respuesta de Alexander porque él asume condiciones climáticas y de suelo perfectas en todas partes, mientras que mi estimación solo usa el clima terrestre promedio.

¿A cuántas personas puede admitir mi mundo Spire?
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