¿Cómo se las arreglan los habitantes de Dyson Sphere sin gravedad? [cerrado]

Es bien sabido que debido a que la atracción gravitacional en un punto en el interior de una cáscara hueca es cero, porque es cancelada por la atracción de todos los otros puntos en el interior.

Aquí hay una página de wikipedia sobre este 'Teorema de Shell' que podría explicarlo mejor.

Una esfera Dyson es un ejemplo de una de estas esferas huecas. No he leído ninguna ficción basada en ellos, pero de repente me interesan; ¿Cómo funcionaría un dispositivo de este tipo (para vivienda, principalmente) y cómo se ha representado? ¿Se ignora en su mayoría este problema gravitacional o hay formas inteligentes de solucionarlo? La única forma que encontré explicada es rotar la esfera para que el ecuador experimente una fuerza pseudogravitacional. Esta es la página que más he leído sobre este tema.

¿Es esa solución rotacional la única utilizada en la literatura de ciencia ficción o existen otros métodos? ¿Qué método utilizó Dyson?

El teorema de la cáscara dice que la esfera de Dyson no atrae cuerpos en su interior. Todavía tienes la gravedad del sol en el centro. De nuevo, esto no afecta a la esfera, sino a todo lo demás, por lo que los habitantes seguirán siendo atraídos por el sol.
No puedo decidir si esto es más una pregunta de física (fuera de tema) o una pregunta de lista (todavía fuera de tema).
@KyleJones: "¿Qué método usó Dyson?" Ni física ni pregunta de lista.
@bitmask El método que utilizó Dyson todavía está fuera de tema porque Dyson es un físico matemático, no un autor de ciencia ficción, por lo que, en el mejor de los casos, todavía estamos hablando de física divorciada de la fantasía y la ciencia ficción. Y la respuesta se encuentra fácilmente mirando el artículo de Wikipedia sobre Freeman Dyson, por lo que esta pregunta es bastante básica, incluso si fuera sobre el tema.
El propio Dyson admitió que no había pensado lo suficiente en el concepto, después de haber leído Ringworld de Larry Niven.
Lo siento, pero has leído mal la teoría; " El caparazón no ejerce ninguna fuerza gravitatoria neta sobre ningún objeto en el interior". Todo esto significa que la presencia de un caparazón Dyson alrededor de un planeta no tendrá un impacto gravitatorio sobre los ocupantes del planeta.

Respuestas (6)

Hay varios enfoques posibles.

Eludir el problema. Algunos libros encuentran usos para las esferas de Dyson que no requieren que tengan gravedad interna. Algunos ejemplos de esto incluyen:

  • Si tu esfera Dyson es en realidad un cerebro Matrioshka (como en Accelerando de Charles Stross), no necesitas gravedad. La computación funciona bien en gravedad cero.
  • Los extraterrestres lo suficientemente avanzados en los libros Old Man's War de John Scalzi usan una esfera Dyson para impulsar un escudo alrededor de su planeta de origen, por lo que nuevamente la gravedad es irrelevante.
  • Farthest Star de Frederik Pohl y Jack Williamson tiene una esfera Dyson donde se habita el exterior . Entonces, el Teorema de Shell no se aplica, y los habitantes experimentan (una cantidad muy pequeña de) la gravedad del sol y la esfera misma.
  • No puedo pensar en ningún ejemplo en este momento, pero es casi seguro que hay libros en los que las personas simplemente habitan un entorno de gravedad cero dentro de una esfera Dyson. El problema con esto es la atmósfera: bombear toda la esfera llena de atmósfera respirable lleva a que sucedan cosas locas cerca del sol, pero si no hay nada gravitatorio, no hay una forma obvia de mantener la atmósfera cerca de la superficie y lejos del sol.

Ignora el problema. En este punto, ya no estás escribiendo ciencia ficción dura, pero este es un enfoque posible.

  • Los libros Death's Gate de Weis y Hickman tienen una esfera de Dyson en un escenario de fantasía que tiene una gravedad completamente inexplicable.

Crea una fuente de gravedad. Rotar la esfera es un enfoque para hacer esto, pero hay otros.

  • Los libros Berserker de Fred Saberhagen tienen una esfera de Dyson donde el sol en el centro es gravitacionalmente repelente, lo que conduce exactamente al tipo de comportamiento que desearías intuitivamente en la superficie de la esfera.
  • Si tuviera una esfera de Dyson en un universo con cuatro dimensiones espaciales, podría rotarla de tal manera que hiciera que toda la superficie experimentara una pseudogravedad uniforme. No conozco ningún libro que haga esto (y a diferencia del otro punto "No puedo recordar", estoy seguro de que lo recordaría si leyera uno).
¿No se explica esto normalmente haciendo que la esfera gire a una velocidad increíble? Por eso los polos suelen ser inhabitables.
Si puede encontrar una manera de mantener la esfera en posición, debería haber suficiente gravedad tanto del sol como de la esfera si vive en el exterior. Además, si la esfera se construye en capas, cada capa experimentaría la gravedad tanto del sol como de las capas más cercanas al núcleo. En teoría, se necesita una esfera Dyson para recolectar toda la energía del sol. Es mucho esfuerzo desperdiciado si el 100% de la pared interior no está cubierta con paneles solares, ¿no?
@GorchestopherH: Creo que eso suele ser cierto; dado que la pregunta ya mencionaba la rotación, leí la pregunta buscando otras formas de explicarla.
@Dungarth: si la esfera está a una distancia similar a la de la Tierra del sol, el sol le dará a su exterior una pequeña fracción de la gravedad de la Tierra. Dado que el sol contiene la mayor parte de la masa del sistema solar, la única forma de obtener una gravedad similar a la de la Tierra en el exterior de una esfera de Dyson a una distancia similar a la de la Tierra del sol es desmontar unos pocos miles de sistemas solares.
@Micah ¿Por qué exactamente asumirías una distancia similar a la tierra del sol? Colocar la esfera más cerca no solo resuelve fácilmente el problema de la gravitación, sino que también requiere exponencialmente menos materiales...
@Dungarth: Porque de lo contrario, la superficie del caparazón estaría inhabitablemente caliente. De hecho, un caparazón de 2 AU probablemente sería más cómodo para vivir que un caparazón de 1 AU. Obtiene toda su radiación solar directamente en lugar de en ángulos aleatorios, por lo que obtiene cuatro veces más por unidad de área.
@Dungarth La temperatura de la esfera (tanto por dentro como por fuera) dependerá del acoplamiento térmico con el espacio exterior. No obstante, todavía podemos establecer un rango porque el mayor acoplamiento radiativo posible es un cuerpo negro. Alternativamente, si los paneles solares fueran parcialmente reflectantes, permitiría que exista cualquier radio dado con cualquier temperatura dada. Sin embargo, eso calentaría la propia estrella haciendo que la radiación UV fuera posiblemente inutilizable. Curiosamente, este método podría iniciar la fusión en cuerpos más pequeños.
@Micah ¿Por qué supones que vivirías en el interior del caparazón? Cualquier área habitable construida en el interior del caparazón hace que esa área sea menos eficiente para recolectar energía solar. Una capa más pequeña y más gruesa donde vives a través de las capas (o en el exterior) resuelve todos los problemas de calor y radiación (supongo que una civilización capaz de construir una esfera Dyson tendría acceso a paneles solares casi 100% eficientes y también ser capaz de cosechar el exceso de calor para obtener más energía), así como proporcionar la gravedad adecuada.
@Dungarth: No asumo que vivirías en el interior del caparazón; Supongo que estarías viviendo en el exterior (porque eso es lo que escribiste). A menos que también tenga alguna forma de violar la segunda ley de la termodinámica, aún necesita que su caparazón tenga al menos un tamaño mínimo para evitar que el calor residual de sus actividades de recolección de energía lo cocine. (Y si tiene alguna forma de violar la segunda ley de la termodinámica, no necesita un caparazón Dyson para recolectar energía, ya que puede hacer cosas degeneradas como hacer funcionar su civilización con su propio calor residual).
Otra opción: recubra el interior con paneles solares para alimentar su civilización, coloque viviendas en hábitats giratorios en el cuerpo del caparazón.
Otra opción: hacer que el caparazón tenga una masa lo suficientemente alta como para crear un campo de gravedad.
@Broklynite: Simplemente no hay suficiente materia. Necesita algo así como 5 * 10 ^ 8 masas terrestres para obtener una gravedad similar a la terrestre. El peso total del sistema solar es algo así como 3 * 10^5 masas terrestres. Entonces, o estás trayendo materia de los miles de sistemas solares circundantes más cercanos, o tienes un generador de masa mágica (en cuyo punto una esfera Dyson sería un objeto puramente estético).
@Dungarth El área de superficie de una esfera es proporcional al cuadrado del radio. Esa es una función cuadrática , no exponencial .

Hay diferentes tipos de esferas de Dyson, siendo las de capa sólida, tipo II, las más problemáticas físicamente. Dyson propuso (o afirmó que lo que realmente quería decir era) que el caparazón no sería sólido, sino un caparazón virtual de objetos en órbita (Tipo I). Los de tipo III no están en órbita y se mantienen en su lugar gracias al viento solar, pero son tan frágiles que no tienes que preocuparte por la gravedad porque no puedes vivir en la superficie.

Este sitio tiene buena información sobre las propiedades y la clasificación de las esferas Dyson.

De todos modos, con el Tipo 1, dado que tienes un montón de orbitadores, puedes hacer que cada orbitador gire (al menos esa parte que se supone que proporciona una sensación de gravedad).

(Tenga en cuenta también que si quisiera recolectar toda la luz del sol con los orbitadores Tipo I, se ocluirían entre sí (estarían en las sombras de los demás) (pi-2)/pi del tiempo, o ~36 %).

Para citar a Arthur C Clarke: " cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia ".

Entonces, la solución se vuelve simple: use magia, también conocida como tecnología suficientemente avanzada, para generar la gravedad requerida. No hay necesidad de una explicación en términos de nuestra propia comprensión actual de las leyes de la física (y un intento de inventar tal explicación puede parecer terriblemente anticuado dentro de un tiempo bastante corto).

Mala respuesta.. Puede ser la respuesta a la mayoría de las preguntas de ciencia ficción en este sitio..
Bueno, la respuesta físicamente correcta es "todos mueren" porque una esfera de Dyson que usa el modelo de capa hueca también es inestable y tampoco tiene interacción gravitacional con su estrella madre. Tiene el riesgo de chocar eventualmente con la estrella, en otras palabras: en.wikipedia.org/wiki/Dyson_sphere#Dyson_shell Para eludir eso , debemos comenzar por invocar "tecnología suficientemente avanzada".
@mh.: ¿La presión del viento solar no iguala la distancia del caparazón a la estrella? A medida que un lado se cierra, debería experimentar una mayor presión y alejarse.
@ZanLynx En realidad, estas cosas podrían igualarse en cualquier radio dado. Tanto los fotones como la gravedad se propagan de la misma manera, con una fuerza de 1/r^2. Se equilibrará a un cierto valor de masa por ángulo sólido. Entonces, la capa podría ser más gruesa más cerca si el radio fuera más pequeño, pero independientemente de dónde esté, la masa total necesaria para equilibrarse sería constante.

Creo que es mucho más simple que eso...

Puedes construir la esfera Dyson, digamos, en la órbita de Marte; entonces puedes tener un planeta (o planetas) en la órbita de la Tierra que tenga su propia gravedad tal como la tenemos ahora.

Cualquier sociedad lo suficientemente avanzada como para construir tal cosa podría descifrar la mecánica orbital y los efectos de la gravedad del planeta en la esfera.

No tienes que VIVIR en la superficie de la esfera... puedes usarla para capturar la salida del sol.

Experimento clásico: toma un trozo de hielo cuadrado y mide su masa. Póngalo al sol y cronometre mientras se derrite. Sabiendo cuánta energía se necesita para derretir esa masa en esa cantidad de tiempo, multiplique esta cifra por un factor igual a una esfera de hielo con el mismo radio que la distancia entre el sol y el disco. Esto te dará una aproximación de la producción de energía del sol y es bastante asombroso.

El problema no es 0g, es que una esfera Dyson es inestable. Tienes que usar energía constantemente para mantenerlo centrado, incluso si está girando. De lo contrario, el sol entrará lentamente en la esfera y viceversa. (Lo mismo con los mundos de anillo). La solución es usar un enjambre de Dyson. Es un grupo de unidades autónomas que orbitan alrededor del sol y hay suficientes para bloquear el sol. Este vídeo te lo explicará.

La paradoja de Fermi y el dilema de Dyson:

Pueden tener generadores de gravedad o pueden estar en anillos que giran para crear gravedad artificial.

Usa generadores de gravedad.

Ser capaz de generar un campo de gravedad artificial es una característica común de las naves espaciales de ciencia ficción, por lo que no todas tienen que ser cilindros giratorios. Los barcos en Star Trek tienen gravedad artificial .

Dado que su sociedad ha construido una esfera Dyson, no deberían tener ningún problema para alimentar los generadores, especialmente porque es tecnología inventada, por lo que puede decir que requiere tanta energía como desee.

Para obtener cierto grado de validez, podría intentar determinar cuánta fuerza están aplicando los generadores de gravedad a la superficie y encontrar una fuente para esa cantidad de energía. Esperaría que la energía recolectada del sol en el centro de la esfera sea suficiente.

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