Aplicaciones del Electromagnetismo en "Campos de Fuerza"

Explicación extensa de por qué estoy aquí:

TLDR; "campo de fuerza" hecho de radiación electromagnética.

Recientemente, he decidido compilar una lista de posibles tecnologías disponibles en los siglos 22 y 23, junto con explicaciones y descripciones. Ya se me ocurrieron nombres de algunas de las tecnologías (mechs, motores de antimateria, etc.) y comencé a generar descripciones.

En esta lista hay una entrada titulada Escudos electromagnéticos . Cuando se me ocurrió la idea, parecía muy simple. Tenga un montón de "nodos" conectados a una supercomputadora cuántica. Los nodos envían ondas electromagnéticas y la computadora controla la dirección, frecuencia y amplitud de las ondas enviadas por cada nodo.

Ahora adjunte los nodos a una nave espacial en una disposición de celosía irregular, computacionalmente y únicamente determinada por el tamaño y la forma de la nave espacial para maximizar la eficacia. A partir de la interferencia constructiva y destructiva de cada onda electromagnética, asistida por la computadora, ahora existe un campo electromagnético extremadamente fuerte (pero probablemente en forma de gota), localizado en una pequeña región alrededor y lejos de la nave espacial. Llamemos a esta región de intenso electromagnetismo la Zona de Aniquilación (AZ) . Nota: el AZ existe a una distancia de la nave espacial, para minimizar cualquier peligro para la tripulación y la nave.

Cualquier materia sólida o incluso líquida que ingrese a la AZ experimentará una fuerza electromagnética tan fuerte que las fuerzas intermoleculares intramoleculares (pido disculpas por no recordar el término correcto) se superan, y la materia se rompe en moléculas y átomos individuales (pequeños grupos donde el AZ es más débil), eliminando así cualquier peligro de impacto. Nota: esta aniquilación material como método de protección se basa libremente en The Ethos Effect de LE Modesitt Jr.

Mi pregunta

Cuando comencé a investigar el electromagnetismo para ver si esto era posible de alguna manera, me encontré con un gran problema. El electromagnetismo se refiere tanto a la radiación (luz) como a los campos eléctricos y magnéticos. Si estoy emitiendo ondas o partículas , es luz. Si exhibo un campo , es eléctrico o magnético. La diferencia es enorme.

Si los nodos emiten ondas, todo lo que obtengo es un espectáculo de luces elegante, con quizás un poco de calor radiativo. Si exhiben campos, podrían alterar seriamente la nave espacial y todo lo que hay dentro.

O al menos, eso es lo que obtuve de la página de Wikipedia. *Silencio incómodo*

Entonces, ¿se sostiene mi teoría? ¿Algo de eso sería posible, dado que esto es entre los siglos 22 y 23?

EDITAR: No estoy preguntando sobre la energía involucrada o la conservación del impulso (esa es una pregunta completamente diferente), solo si las fuerzas electromagnéticas serían radiativas o eléctricas/magnéticas en este caso.

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He pensado en tratar de escribir una respuesta, pero sigue resultando ser un curso breve de E&M, y no tengo la energía para tratar de hacerlo brevemente. Sin embargo, un comentario: el problema de partículas/ondas que tienes es un callejón sin salida. En las escalas que estás trabajando, la teoría electromagnética clásica es todo lo que necesitas para describir los efectos.
@MarkOlson Entonces, ¿cuál es la teoría electromagnética clásica? ¿Radiación o magnético/eléctrico?
@TheEye La teoría electromagnética clásica postula campos magnéticos y eléctricos, su relación y evolución temporal descrita por las ecuaciones de Maxwell.
Pero estas ecuaciones funcionan de tal manera que los campos EM oscilantes pueden desacoplarse de sus fuentes y propagarse en el espacio vacío en forma de ondas: eso es radiación.
Pero hoy en día sabemos que incluso esta imagen está lejos de ser completa, ya que la radiación EM también tiene aspectos similares a partículas: fotones. De hecho, en las teorías modernas, a menudo los efectos que solemos atribuir a los campos estáticos (como la repulsión entre dos electrones) se atribuyen al intercambio de fotones virtuales.
Si está seriamente interesado en estudiar estas preguntas, puede visitar nuestro sitio hermano, Physics Stack Exchange: physics.stackexchange.com/questions/142419/…
Pero estoy de acuerdo con el sabio Mark Olson. En la escala de tamaño del medidor, puede ignorar con seguridad el comportamiento de las partículas.
@b.Lorenz Consideré publicar en Physics antes de venir aquí, pero elegí no hacerlo ya que todo es principalmente teórico y depende de enormes cantidades de energía, que probablemente no valgan el costo y los recursos con la tecnología actual. Sin mencionar que es una pregunta completamente de ciencia ficción.
@TheEye ¿Será que confundes la física con la ingeniería? Si desea utilizar un fenómeno físico real en su escenario de ficción de una manera basada en la ciencia, es la física la que le dice cómo funciona y de qué puede ser capaz. Excepto si está satisfecho con las explicaciones de technobabble: "¡El proyector Humberman inventado en 2201 y basado en la teoría de unificación cuántica-gravito-electro-pastoro crea un fuerte campo oscilante capaz de destruir todas las moléculas en su AOE!"
No estoy seguro de cómo encajaría la ingeniería en esto, excepto como una cuestión de "¿Cómo generará suficiente energía para ese campo?" Solo deseo saber si las fuerzas electromagnéticas serían propias de la luz o de la electricidad/magnetismo. También @Raditz_35 Lo siento por la confusión. Quise decir intermolecular, y he editado la publicación.
@The Eye Mencioné ingeniería porque dijiste que Physics SE no es un buen lugar para tu pregunta porque es teórica. Quería decir que la física SÍ funciona en cosas teóricas.
@b.Lorenz Es por eso que consideré publicar allí, al principio, pero pensé que este SE sería mejor para el lado ficticio de las cosas, que es la mayor parte. Pero no estoy por encima de escribir al menos algo de eso con technobabble. Después de todo, Dune lo hace con sus Holtzman Fields.
Tu pregunta original: ¿funcionaría este esquema de escudo? pertenece aquí, pero su pregunta de aclaración: ¿El campo EM de una cierta configuración de fuentes se describe más convenientemente como campos clásicos o como radiación de partículas? Definitivamente es física.

Respuestas (4)

No creo que tu concepto funcione.

No se puede crear un campo electromagnético "pasivo" que haga que la materia sólida o líquida se deshaga o la evapore. Así no es como funcionan los campos electromagnéticos. La mayor parte de lo que lograría es probablemente crear problemas para las computadoras de sus naves.

Hay una cantidad infinita de energías específicas necesarias para romper ciertos enlaces químicos. Si bien la radiación gamma (fotones de alta energía) puede romper casi cualquier cosa, en su mayoría simplemente atraviesan la materia. La interacción es bastante improbable. Necesitas varios metros de espesor de plomo si quieres asegurarte de que no pasa nada de la radiación. Así que simplemente "más energía" tampoco es realmente útil.

Además, si irradiaras suficientes fotones para evaporar cualquier cosa que se acerque a ti, brillaría como un sol. A menos que esté alimentado por un sol, veo un problema con esta idea.

No estoy seguro de lo que quieres decir con "pasivo". ¿Podrías explicar eso? Además, corregí un error en mi pregunta: el campo rompe enlaces intermoleculares, NO intramoleculares. Además, las fuerzas en cuestión son eléctricas/magnéticas, no radiativas.
Puede elegir entre un campo estático o un campo alterno. Un campo estático hará que su nave sea una carga eléctrica o un imán, lo que no es útil. Un campo alterno básicamente significa que irradias ondas electromagnéticas. Eso es lo que son los fotones. Puede tener ondas de todo tipo de energías, pero para asegurarse de romper todos los enlaces, necesita un espectro enorme y una gran producción de energía. Brillarás como un sol, aunque no esté en el espectro visual. La energía requerida puede ser rayos X o radiación gamma, pero aún son ondas electromagnéticas.
Eso es muy útil. De hecho, es lo más útil que he oído hasta ahora. También podría llamar a su respuesta la mejor.

Creo que el problema principal que no ha considerado es el impulso. Digamos que tienes un proyectil muy rápido que se dirige hacia tu nave espacial. Dejando de lado toda la física de esta Zona de Aniquilación, lo que dijiste es que el objetivo se disocia en sus moléculas componentes. ¡Excelente! Excepto que ahora tienes una nube de materia muy rápida que se dirige a tu nave espacial. Probablemente no tendría el mismo impacto que el proyectil sólido, pero si las fuerzas involucradas son lo suficientemente altas, el resultado final para tu nave es el mismo. Es similar al problema de usar armas nucleares para hacer estallar un asteroide que se dirige a la Tierra; ahora solo hay un montón de asteroides más pequeños y algo más radiactivos que se dirigen a la Tierra.

Lo que realmente quiere hacer es desviar estos proyectiles, y eso se puede hacer con radiación EM de una manera mucho más simple: apunte un láser hacia ella. Si puede obtener un punto en el objetivo lo suficientemente caliente como para que comience a liberar gases en el espacio, eso produce empuje y (suponiendo que el empuje no sea paralelo a su vector de velocidad), la trayectoria cambiará y el proyectil fallará.

Por supuesto, entonces tienes que lidiar con los problemas de enfocar un láser sobre lo que pueden ser distancias arbitrariamente grandes, pero eso está fuera de mi experiencia. Pero en comparación con las dificultades de usar ondas de luz que interfieren para aniquilar moléculas, creo que "inventaron un láser de rayos gamma" es bastante bajo en la escala de ondas manuales.

No creo que esto sea de ninguna ayuda. No estoy pidiendo una solución a lo que sucede después de que el asunto se convierte en polvo, solo si PUEDE convertirse en polvo en primer lugar, ignorando los costos de energía y demás, ya que esto es un siglo o dos en el futuro, y nosotros realmente debería haber resuelto ese tipo de cosas ya.
Me parece bien. Estaba pensando en términos de alternativas que mantienen parte de la premisa, pero ciertamente no resuelve su problema inicial.

Para que funcione, probablemente deberías tenerlo ligero

Sugiero usar un arma láser de matriz en fase.

Viste la nave con una densa matriz de emisores láser, y puedes dirigir el rayo ajustando la fase de los emisores y usar la interferencia de los muchos emisores para dirigir la mayor parte de tu poder hacia el proyectil entrante.

Seguramente, no vería una desintegración tan limpia y completa como la que ha imaginado, pero la materia ionizada que brota de la punta del proyectil lo ralentizaría. Si su láser es lo suficientemente fuerte y sus sistemas de puntería son agudos, es posible que incluso pueda quemarlo por completo o hacer que falle.

Seguramente, en términos tradicionales de ciencia ficción, sería más un "cañón de defensa puntual" que un "campo de fuerza", pero el efecto neto es el mismo: usas un campo EM dinámico controlado por computadora para neutralizar las amenazas cinéticas. Y, por supuesto, podría usar longitudes de onda invisibles, por lo que tiene un efecto espeluznante de "campo desintegrador" en los no iniciados.

EDITAR: también puede funcionar contra múltiples objetivos. Como no hay un barril, sino una gran superficie cubierta de emisores, puede tener fácilmente una gran cantidad (y variable) de haces apuntados de forma independiente, o hacer que los haces cambien de objetivo en microsegundos.

¿Hay alguna razón específica por la que la electricidad/magnética no funcione? Un láser de matriz en fase no parece efectivo contra objetos grandes como asteroides, o muchos objetos, como un aluvión de misiles espaciales.
Como traté de explicar. Un rayo láser no es más que una columna de campo eléctrico/magnético. Usted mismo dijo que desea la interferencia de las ondas em. No existe tal cosa como la interferencia de campos estáticos. Entonces, tener sus ondas de interferencia como un rayo láser dirigido significa que, en lugar de desperdiciar energía en todas las direcciones, la enfoca en el objetivo.
Entonces, ¿cómo se puede explicar la física de ondas? Las "colisiones" entre picos y valles de ondas múltiples conducen a una interferencia constructiva/destructiva, lo que hace que la "onda total" sea más fuerte o más débil que sus ondas individuales en ciertos puntos. Una vez vi un video en el que los campos magnéticos (ondas estáticas) podían causar una gran diferencia en la fuerza de un lado del imán frente al otro, simplemente por la orientación de los imanes.
Los campos magnéticos no son ondas estáticas. El término onda estática es autocontradictorio. El punto clave del video es que los imanes giran rápido. En cualquier ubicación, hay campos dinámicos oscilantes (debido a que los imanes se están moviendo, la dirección y el tamaño del vector de inducción varían a medida que su orientación varía en relación con el punto en el que estamos midiendo el campo)
Solo importa que esté girando porque quieren levitar. Solo digo que la interferencia ocurre.
Seguramente la superposición funciona igual que para los campos eléctricos estáticos. Pero los campos estáticos no tienen estructuras demasiado interesantes: physicsclassroom.com/class/estatics/Lesson-4/…
Realmente no puedes controlarlos de la forma en que controlas las olas.
Estimado @TheEye No deseo insultarlo, pero sus preguntas parecen indicar que su imagen sobre cómo se entienden los fenómenos electromagnéticos en el marco de la electrodinámica clásica es incompleta. Es por eso que he tratado de dirigirlo a recomendaciones de libros sobre Physics SE, para que no tengamos que debatir si los campos magneto-estáticos son ondas o no.
Sí, realmente solo tengo lo que aprendí en mi clase de física de la escuela secundaria, que solo pasé una o dos semanas en imanes, y todo lo que aprendí en videos de ciencia...

Voy a suponer que estás más interesado en la física actual. Si lo coloca en el futuro, es posible que desee asumir una nueva física que haga cosas que se ajusten a su trama y antecedentes, y puede simplemente agitar las manos y decir que no tendría sentido para los físicos del siglo XX.

Entonces, si alguien argumenta que su física es imposible y no tiene sentido, simplemente agite sus manos y diga que se supone que no tiene sentido para los físicos del siglo XX.

Pero está bien, quieres destruir cosas que puedan golpear tu nave espacial, o posiblemente usar este escudo como arma. Quiero sugerir que si las cosas se dirigen hacia ti y las rompes en partículas diminutas, podrían ser un problema aún mayor. No atravesarán tu casco como lo haría una bala de metal. Pero es probable que se peguen. Se pegarán a sus sensores, a sus puertos, a sus escotillas. Pueden hacer mucha soldadura al vacío. Si partículas diminutas entran en un lugar con oxígeno, pueden quemarse espontáneamente.

Podría ser más fácil y seguro quitar las cosas del camino. Algo comienza con un camino que se cruza con el tuyo. Lo empujas, y te extraña, y sigues con tus asuntos. Si puedes hacer eso.

Los campos eléctricos y magnéticos tienden a disiparse con la distancia más que la radiación. Entonces, la radiación puede ser más fuerte a distancia.

Empecé a escribir una descripción de los distintos tipos de campos y cómo funcionan. Los campos eléctricos empujan o tiran, pero la mayoría de las cosas tienen sus cargas emparejadas, por lo que empujas una carga cercana mientras tiras de otra y tiende a cancelarse. Los campos magnéticos actúan lateralmente a la velocidad del objetivo. La radiación actúa lateralmente en la dirección de usted al objetivo. Pero....

Si algo se te acerca y no sabes qué es, podrías intentar empujarlo para que no te alcance, y tal vez se rompa en muchos pedazos puntiagudos pequeños y densos que te golpeen de todos modos. No necesariamente sabes qué tan bien mantendrá su forma.

Entonces, tal vez el primer paso debería ser rociarlo con partículas de hierro de tamaño nanométrico, que tenderán a adherirse y formar una capa de hierro a su alrededor. Si puede apuntarlos lo suficientemente bien, podría hacer que el objetivo gire para que lo cubra por todos lados. El hierro cambiará un poco el impulso del objetivo.

Luego lo golpeas con un montón de partículas cargadas, para darle una gran carga.

Luego lo golpeas con un láser polarizado lineal que bloquea la mitad de cada onda. Entonces, en lugar de empujarlo hacia los lados primero en una dirección y luego en la otra, hacia adelante y hacia atrás, empuja constantemente en una dirección. Si puedes hacer lo suficiente de eso, puedes moverlo.

Tal vez sería mejor poner una capa de algún aislante que se adhiera al hierro, para que las cargas en el objetivo no se muevan.

Si no te preocupa que el objetivo se rompa pero quieres eso... Usa un láser que produzca radiación ionizante. Rayos X. Tal vez un láser de rayos gamma. La radiación derribará cargas de las cosas que alcance, y algunas de esas cargas escaparán al espacio. Así que recoge una carga neta. El objetivo recibe mucho calor. Tal vez parte del material se derrita y luego partes se evaporen en el espacio. La reacción opuesta de las partes que salen moverá la masa en la dirección opuesta. Etc.

No veo nada particularmente glamoroso en este enfoque, pero probablemente sea el más efectivo. Máximo resultado para mínima energía.

Aún así, me gusta la idea del objetivo que está cubierto con una carga eléctrica. Digamos que tiene 20 metros de diámetro. Así que tienes dos másers con una longitud de onda de 40 metros, y están sintonizados para estar desfasados ​​180 grados con la misma polarización. Y bloqueas la mitad del ciclo de cada uno de ellos.

Entonces obtienes una fuerza mayormente consistente empujando el objetivo hacia los lados.

Mi aplicación de imagen de fórmula está inactiva ahora, pero el gráfico se vería como Force = abs (sin (phi)) donde phi es el tiempo como fracción de la frecuencia del máser.

Aplicaciones del Electromagnetismo en "Campos de Fuerza"
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