¿Cómo afectaría la evolución humana la exposición a largo plazo a la gravedad artificial (como la generada por un toro de Stanford)?

Una colonia espacial que se parece al diseño de un toroide de Stanford genera gravedad artificial mediante la fuerza centrípeta.

Se pueden encontrar fácilmente discusiones sobre los beneficios de tal gravedad falsa: no más ejercicio físico constante como en las naves espaciales de hoy (usted puede concentrarse en su misión); muchas actividades que no son posibles en las naves espaciales de hoy pueden ser posibles con la gravedad artificial.

También se pueden encontrar discusiones sobre las diferencias con la gravedad real: algunos dicen que si arrojas una moneda, no describirá la misma curva que en la Tierra. Debido a la velocidad de rotación del toro, la moneda caerá hacia abajo y hacia la dirección opuesta a la rotación del toro.

Si no podemos regresar a la Tierra:

¿Cuántas generaciones se necesitan para que cualquier cambio comience a notarse? ¿En qué podrían consistir esos cambios?

divisiones de colonias

Puedo imaginar cambios culturales, pero no biológicos. Sobre todo si mantienes siempre la gravedad hacia los nuestros. ¿O qué gravedad habrá?
Mantener 1g al nivel del suelo es la idea. Entonces, ¿este tipo de gravedad es un buen reemplazo para la gravedad real incluso en un escenario de no más Tierra? ¿Qué importa es tener un vector de fuerza que te empuje en dirección al suelo?
Diría que el comentario de @PavelJanicek debería ser la respuesta.
Creo que estás asumiendo que la gravedad es algo real que necesita ser 'emulado' en la estación espacial. La gravedad es una fuerza ficticia que invocamos para explicar el marco acelerado causado por (la distorsión del espacio alrededor) de la materia (como un planeta). El hábitat del espacio toroidal crea un marco acelerado. Ninguno es falso o emulado, ambos son marcos acelerados.
Pensar en ello como fotogramas acelerados puede ser mejor. Es que no puedo evitar confiar más en la gravedad de la Tierra que en la de la colonia.
@ Spike0xff Si bien la relatividad general es nuestra descripción más precisa de la gravedad, son las teorías de la gravedad cuántica las que se están desarrollando con el objetivo de la unificación. En estas teorías, la gravedad no es una fuerza ficticia, sino una fuerza física mediada por partículas sin masa llamadas gravitones.
¿Soy solo yo, o es un lugar realmente estúpido para mantener I + D peligroso? Es una gravedad diferente (por ejemplo, es más probable que las personas acostumbradas a 1g cometan errores) y si por alguna razón pierde la contención, ¡es probable que se mueva en línea recta directamente al hábitat! Es mucho más sencillo poner dicha I+D al mismo nivel, pero a un nivel diferente en el eje Z (como se ve en esa imagen).
Entonces, una moneda que lanzas dentro de un toroide giratorio caerá en la dirección opuesta a la rotación del toroide. Gorrón. Nunca debes lanzar una moneda en un avión normal y corriente, si eso es cierto. Haría un agujero en la pared trasera de la cabina, golpeándolo con unos 900 km/m. Tampoco debe intentar saltar en un avión por temor a las consecuencias.
@NPSF3000 Es solo un concepto inicial de la colonia, se realizarán muchos cambios antes de que se decida su forma final. Consideraré mover el R&D rojo.
@Damon Creo que en una estación espacial con esta velocidad de rotación, los objetos que caen son inofensivos. Ya aceptamos que menos de 1 RPM es cómodo para vivir. A nivel del suelo la gravedad es de 1g, disminuyendo a medida que te acercas al centro del toroide. Un objeto que cae/lanzado no puede alcanzar una velocidad peligrosa. Este escenario no es el mismo que en un dirigible. Tal vez si la colonia viajara a gran velocidad por el espacio. Este no lo es, está unido a la órbita de un planeta.
@HatoruHansou: Es muy parecido a una aeronave, y no depende mucho de la velocidad (te perdiste el sarcasmo en mi comentario). 1 RPM o 50 RPM, más o menos lo mismo, no hace ninguna diferencia. Cualquier objeto que lances obedece la primera ley de movimiento de Newton. Lo único que no se moverá "normalmente" es el aire (flujo laminar, más lento cerca del centro), pero a menos que las habitaciones sean extremadamente altas, apenas notarás la diferencia aparte de tener ventilación "gratis". El arrastre medible de una moneda o algo así será cero.
las personas altas pueden seleccionarse según el gradiente, cuanto más alto sea, más fuerza de marea experimentará. y si son diferentes niveles, definitivamente se seleccionaría el mareo por movimiento, lo que podría ocurrir de varias maneras.

Respuestas (7)

El objetivo de la rotación es emular la gravedad a nivel de la tierra, por lo que no debe esperar ver cambios a gran escala.

Sin embargo, donde vería cambios es en el equilibrio y las expectativas de rotación. Como ya mencionaste, la moneda lanzada volaría "mal". Sin embargo, también vería esto al correr, doblar esquinas, pararse, etc.

Sin embargo, dependiendo del tamaño del toro, estos efectos pueden ser más pequeños o más grandes, por ejemplo, el artículo de wikipedia sobre este tipo de estación espacial dice que:

Girar la cabeza rápidamente en un entorno de este tipo hace que se sienta una "inclinación" a medida que los oídos internos se mueven a diferentes velocidades de rotación. Los estudios de centrífuga muestran que las personas se marean en hábitats con un radio de rotación de menos de 100 metros, o con una velocidad de rotación superior a 3 rotaciones por minuto. Sin embargo, los mismos estudios e inferencias estadísticas indican que casi todas las personas deberían poder vivir cómodamente en hábitats con un radio de rotación superior a 500 metros y por debajo de 1 RPM. Las personas experimentadas no solo eran más resistentes al mareo por movimiento, sino que también podían usar el efecto para determinar las direcciones de "giro" y "antigiro" en las centrífugas.

Entonces, mientras la estación fuera lo suficientemente grande, los humanos verían muy pocos efectos y se aclimatarían rápidamente.

Digamos que estas personas se han adaptado hasta el punto de poder correr y saltar con seguridad. Estoy asumiendo aquí que tal adaptación es posible. Estoy a punto de aceptar esta respuesta.
Calculé 0.4229810233 RPM por la fórmula dada en Wikipedia para 5000 metros de diámetro. Así que tal vez no se necesite ninguna adaptación. Todavía espero que un nativo de esta colonia se sienta raro si de repente lo colocan en la Tierra.
Básicamente, cuanto más grande es la estación, menor es el efecto. Sin embargo, esperaría un tiempo antes de aceptar la respuesta, puede venir una mejor.
Más una adición que otra cosa, ya que esta respuesta explica las cosas bastante bien: algunas personas podrían ser bastante adecuadas para cambiar la gravedad en una estación de este tipo, tal vez, si tienen que moverse hacia el centro para realizar trabajos técnicos, como reparaciones o mantenimiento, o simplemente cruzar la estación más rápido (5 km de diámetro de la estación = ~15-16 km de circunferencia). Dado que la fuerza que sienten se basa en su radio desde el eje, a medida que se mueven "hacia arriba", la gravedad que sienten cambiaría significativamente, ¿no? ¡Suena como un trabajo interesante o una forma divertida de viajar rápidamente!
Sí, eso es correcto. Moviéndose "hacia arriba" hacia el centro, ambos se volverían más livianos y sentirían una fuerza que los empuja hacia los lados. Esta es una de las razones por las que se necesita el tamaño grande, de lo contrario, experimentaría fuerzas notablemente diferentes en la cabeza y los pies, y simplemente ponerse de pie lo arrojaría hacia un lado.
También algunos diseños proponen una industria de gravedad cero. Donde tienen lugar actividades más propias de la gravedad cero (después de todo, estás en el espacio). Por ejemplo, al tener un módulo central no giratorio, o un módulo externo conectado por un conducto o cable que no gira. También recuerdo un gran espejo que no gira y que refleja la luz del sol hacia la colonia, no me gustó ese diseño, por como se ve, así que retiré el espejo.

Una civilización que viaja por el espacio está más allá del punto en la historia donde el medio ambiente ejerce mucha presión evolutiva sobre la especie (es por eso que nuestros ojos empeoran y tenemos alergias, imagínense frente a los tigres o mastodontes hace 15000 años). Quizás la gravedad lo suficientemente alta como para evitar el movimiento (y, por lo tanto, las relaciones sexuales) en individuos físicamente débiles favorecería la reproducción de individuos fuertes; pero la medicina reproductiva hace que las relaciones sexuales sean superfluas de todos modos. Además, es probable que los habitantes del espacio sean naturalmente infértiles de todos modos debido a la exposición a la radiación, por lo que la alta gravedad no favorecería a nadie de todos modos.

Editar: dado que está insinuando en un comentario que apuntaba a la diferencia entre la gravedad "emulado" y "natural": estos son conceptos erróneos. La gravedad es una curvatura del espacio-tiempo, ya sea por "aceleración" o por "estar en un campo de gravedad"; la diferencia entre ambos es solo una diferencia en el punto de vista, como lo establece la teoría de la relatividad general. La persona famosa en el ascensor que cae (léase: sistema cerrado) no puede decir si está en gravedad cero o en caída libre en la tierra. Es físicamente indistinguible, es idéntico. De la misma manera, una persona en un ascensor acelerado no podría saber si está acelerando en gravedad cero o si está parada en un campo de gravedad. Es físicamente idéntico. Ninguno de ellos es más o menos emulado o natural.

Dicho esto, por supuesto, un movimiento circular "curva el espacio-tiempo" para los habitantes de una manera que perciben aceleraciones algo diferentes cuando se mueven (las fuerzas de Coriolis) que en la Tierra; pero esa es una diferencia (cuantitativa) en el vector, no un asunto esencialmente diferente que influiría en las personas o afectaría a nuestros genes. A menos que tenga tendencia a marearse cuando se mueve rápidamente hacia adelante y hacia atrás, eso podría disminuir sus posibilidades reproductivas en una estación espacial ;-).

Agradezco la aclaración y me gusta como está escrito. Al mantener a la vista que la gravedad es una curvatura del espacio-tiempo (¿Einstein?), De alguna manera, la forma del toro de Stanford de proporcionar gravedad parece bastante segura. Acerca de la exposición a la radiación: imaginemos que estas personas ya tienen una solución para eso.

Cuanto más grande sea el hábitat, menor será la diferencia, ya que los efectos de Coriolis disminuyen con RPM más bajas, y un hábitat más grande puede rotar más lentamente y aún tener 1 g en el borde.

Creo que la mayor diferencia será que la gravedad será variable , con la gravedad más alta en el borde del habitáculo, disminuyendo a medida que te diriges hacia el centro y cero en el eje. Eso significa que las personas pueden pasar parte de su día en G normal y parte en G baja o nula, dependiendo de las actividades que estén haciendo.

Todo este razonamiento que rodea este escenario presupone la similitud entre la gravedad real debido a una masa y la velocidad angular y el momento de inercia debido al par del toroide giratorio; de los cuales no HAY comparación.

La gravedad succiona y Torque empuja (o sopla: p), por lo que cualquier "síntoma" percibido de la gravedad sería un placebo, iniciado y sostenido por el contacto continuo con el cuerpo giratorio.

Necesariamente, no sería necesario salir de la superficie interior del toro para beneficiarse de la simulación de la gravedad. Si uno dijera, extender la mano por el costado, serían arrojados hacia afuera a lo largo del vector de Fuerza F.

La naturaleza humana siendo lo que es, y más curiosa que los gatos; para responder a la pregunta en el OP: "¿Cuántas generaciones se necesitan para que cualquier cambio comience a mostrarse?" -

Respuesta: Esto es inconmensurable, o igual al Conjunto Nulo, ya que ninguna población residiría en el toro el tiempo suficiente para averiguarlo. (esto es similar a hacer la antigua pregunta de Tootsie Pop). Además, para suponer que podría haber un método infalible para contener a dichos Aventureros curiosos, solo tenemos que referirnos al Corolario de rayos catódicos de Murphy, que establece que "Una imagen de $ 500 el tubo siempre protegerá un fusible de 50¢ si se funde primero".

tl:dr versión:

Respuesta = i/0

Todo cierto. Por eso creo que podemos hablar de una gravedad simulada y una gravedad real (la de la Tierra). Esto es para un proyecto de videojuegos mío. La gente vive en colonias porque no tienen la opción de volver a la Tierra. Si no lo soportan, sus opciones son: mejorar su colonia, construir otra de alguna manera (usando materiales de asteroides, otros planetas, etc.) y luego mudarse a la nueva.
Sé que no podemos saber realmente lo que les puede pasar a los humanos si se ven obligados a vivir en colonias con gravedad artificial. Las respuestas especulativas están bien en este contexto. Quiero especulaciones más sofisticadas de las que soy capaz. El consenso general es que a esa gente no le pasará nada de interés (al menos por gravedad) y eso es lo que acepté.

Lista de síntomas muy rápidamente reconocibles

  • Debilidad
  • Sangre inusual de médula ósea inusual
  • Altura aumentada
  • Menor tolerancia a la gravedad real
  • ¿Torpeza?

Lista de síntomas posteriores

  • Protección contra la radiactividad
  • Gigantismo
  • Patrones mentales asociados a espacios pequeños
El gigantismo, si se trata de personas más altas y malas, ¿no se previene con una gravedad artificial ajustada para ser la misma que en la Tierra?

Ya tenemos ejemplos de personas que viven durante largos períodos de tiempo en lugares que tienen diferencias de gravedad aún mayores (en comparación con la que experimentan los bombarderos terrestres): embarcaciones oceánicas.

Que yo sepa, prácticamente no hay diferencias entre personas cuyas familias han estado navegando por los mares durante siglos, vs. personas cuyos ancestros han estado caminando sobre la tierra durante generaciones.

¿En qué podrían consistir esos cambios?

¿Quizás en el espacio todos hablan como marineros? :-)

Recuerde que esto es gravedad emulada. El planeta Tierra tiene la gravedad que tiene debido a su masa. Pensé que alguien podría tener algo que decir sobre la gravedad emulada frente a la gravedad de la Tierra, pero parece que todos piensan que la gravedad emulada es equivalente funcional a la Tierra y un reemplazo seguro. Vale, es una respuesta. En realidad, yo también pensé eso, pero quería ver si había algo más de lo que no estaba al tanto.
@HatoruHansou Por lo que sabemos, no hay diferencias. ¡Sin embargo, no lo sabremos hasta que lo probemos de verdad!
@HatoruHansou, el resultado principal de la teoría especial de la relatividad es que la "gravedad" debida a la aceleración y la "gravedad" debida a un cuerpo masivo son indistinguibles. Cuando la aceleración se debe a la rotación, puede detectar la rotación y tiene algunos efectos, pero no muy importantes en su mayor parte.
(Vaya, mi error, la relatividad general se ocupa de la aceleración; la relatividad especial es solo para marcos inerciales)

No estoy seguro de si la gravedad emulada tendría mucho efecto, pero la fuerza general de la gravedad ciertamente lo tendría.

Si la gravedad fuera más débil, las personas a bordo también serían más débiles. La densidad de sus huesos también sería menor, por lo que serían frágiles en comparación con un terrícola. Si regresaran a la Tierra, tendrían dificultades para moverse. También puede haber otros efectos relacionados con la salud que podrían acortar su vida útil. Cuánto de un cambio sería una incógnita.

Por otro lado, si la gravedad fuera más fuerte, las personas nacidas allí crecerán para ser más fuertes que el terrícola promedio. Serían capaces de hacer grandes hazañas de fuerza en la Tierra y, en general, hacer que todos los demás parezcan débiles.

Estos efectos estarían presentes en la primera generación nacida allí, o en personas que han estado allí mucho tiempo.

Esa es la razón de tener una gravedad lo más similar posible a la de la Tierra. Pero esta gravedad no se genera de la misma manera. Así que pensé, ¿qué les puede pasar a los humanos si evolucionan con tal gravedad? En teoría, como pesan lo mismo o muy cerca de lo que pesaban en la Tierra, entonces no deberían suceder cosas como que sus huesos se debiliten.
¿Cómo afectaría la evolución humana la exposición a largo plazo a la gravedad artificial (como la generada por un toro de Stanford)?
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