¿Cómo se resolvió la Crisis de Densidad del Helio de 2017?

En un evento inmortalizado en este Doodle de Google , a los 4 minutos después de la medianoche (GMT) del 1 de enero de 2017, la densidad del helio aumentó repentina e inexplicablemente de 0,1664 g/L (a temperatura y presión normales) a 1,664 g/L (en mismas situaciones), multiplicando por diez su peso aparente.

Además de hacer que los globos cayeran de manera cómica, esto claramente tuvo muchos efectos no tan aparentes. ¿Cuáles eran y qué causó la mayor interrupción en la vida cotidiana? ¿Cómo encontramos reemplazos para los usos del helio que se vieron interrumpidos por este cambio? ¿Qué impacto tuvo este evento en la sociedad?

¿Este fenómeno también se aplica al sol? Eso triplicaría su masa. Y la reacción de fusión H+H=>Puede que ya no funcione
¿Estás seguro en tus datos masivos? Colocaría un límite inferior en la masa de helio para que los globos normales perdieran flotabilidad, y un límite superior suponiendo que los globos en ese garabato viajan a velocidad terminal (ya que no parecen estar acelerando) y eso obtendría 2 bastante diferentes números.
La densidad es la masa dividida por el volumen. ¿Aumentó la masa de helio o disminuyó su volumen? ¿o ambos?
@ApproachingDarknessFish: no estoy muy seguro, excepto que creo que la disminución del volumen implicaría un cambio en la ley de los gases ideales, lo que probablemente tendría efectos en otros lugares, por lo que creo que tendría que ser la masa. Pero las respuestas para cualquiera de las dos posibilidades pueden ser interesantes.
Esto debería publicarse en XKCD '¿y si?'

Respuestas (3)

Todos morirían.

Digamos que tienes un globo de helio en tu casa. Este globo, según el todopoderoso Google, contiene 14L de helio.

Esos 14L son 2.289 gramos de helio (si es un globo de aluminio en STP; si es de látex, será más porque está comprimido).

Si de repente eso se convirtiera en 22,89 g de helio... esa masa tendría que venir de alguna parte.

(Pista: no vendrá de una masa cercana).

Entonces vendrá de la energía, cortesía de E=MC^2.

¿Cuánta energía? 2,0573*10^14 julios.

(Nota al margen: probablemente tenga al menos 1000 de estos en su ciudad en este momento. Esa energía es ~ 1.2 veces la cantidad de energía del sol que golpea la tierra en un segundo. Esta es MUCHA energía).

¿Qué efecto tendría esto?

Bueno, si tiene una casa de 1800 pies ^ 2 que tiene, en promedio, 8 pies de alto por dentro, tendrá 520.05 kg de aire dentro.

Esos 2e14J de energía provocarían un cambio de temperatura de ese aire de 5.511*10^8 K.

(Pista: no va a cambiar tanto; combinado con cualquier otro globo, simplemente congelaría el mundo).

Y ese es solo el globo de fiesta que todavía tenías de la fiesta de cumpleaños de la semana pasada... Y mucho menos todos los otros globos y otros usos del helio.

El único otro lugar del que podría provenir esta masa es otra masa, lo que significa fusionar hidrógeno en helio (Pista: libera una tonelada de energía) o fisionar elementos más pesados ​​en helio (Pista: absorbe energía) . No he analizado los números, pero sospecho que estos serían más dañinos.

Si no quiere que el mundo muera, no etiquete su pregunta como "basada en la ciencia". Estás literalmente cambiando una ley fundamental de la física por un solo elemento , y luego cambiando más las leyes de la física para evitar que todos mueran .

O esa masa podría ser simplemente alguna otra masa, por ejemplo, algunos pedacitos desprendidos de Urano.
"Si de repente eso se convirtiera en 22,89 g de helio", creo que lo entiendes al revés. La masa disponible no cambiaría mágicamente, pero sí lo haría el volumen ocupado por esa masa. Porque la densidad ha cambiado. TL; DR todos los volúmenes de hidrógeno se reducirán repentinamente.
@LightnessRacesinOrbit En ese caso, habría preguntas aún más interesantes sobre por qué las fuerzas intermoleculares de repente comenzaron a actuar de manera diferente.
@CortAmmon: Así es

Depende de cómo el helio gane peso repentinamente y cuán extendido sea ese cambio.

Cómo

Para hacer que el helio se vuelva más denso, debe aumentar el peso de las moléculas de helio individuales. O necesita emplear un tipo especial de magia que restringe la velocidad de las moléculas de helio a una fracción de su velocidad de movimiento browniano normal (es decir, las ralentiza y hace que ocupen menos volumen para su peso).

Dónde

Si está en todo el sistema solar , entonces el sol ciertamente tendrá problemas: después de todo, vive de la fusión de hidrógeno con helio. Si el helio es repentinamente más pesado, entonces esa masa debe provenir de alguna parte, y lo más probable es que perturbe el proceso de fusión normal. Además, todo el helio que ya se ha producido y se está acumulando en el núcleo del sol se volverá más pesado y, por lo tanto, la gravedad del Sol aumentará repentinamente y perturbará su agradable equilibrio. Si el helio se ralentiza por arte de magia, su volumen disminuirá repentinamente y, por lo tanto, el núcleo del sol se encogerá repentinamente. En ambos casos: habrá al menos terribles erupciones solares durante semanas, si el sol logra estabilizarse. Si no, podríamos estar lidiando con el sol que de repente se convierte en nova.

Solo tierra : si el helio es más pesado que el aire, se hundirá hasta el suelo. Hay 5,2 partes por millón en la atmósfera; una estimación aproximada tiene 10 km de atmósfera, por lo que el helio debería acumularse en el suelo a unos 5,2 cm de altura. Dado que fluirá desde un terreno más alto hasta el nivel del mar, remar en un bote en el océano puede volverse peligroso, y no estoy seguro de qué harán los peces en el agua (y los mamíferos que habitan en el océano).

El helio se usa en la industria para sobreenfriar imanes, etc. Tiene un punto de fusión de -272 °C, y la desaceleración de sus moléculas sin duda aumentará ese punto de fusión en decenas, si no cientos de grados. Como resultado, todas y cada una de las aplicaciones técnicas que utilizan helio para la refrigeración se calentarán repentinamente.

El helio también es un producto secundario de la descomposición radiactiva (los rayos alfa son núcleos de helio). No hay idea de cómo se alterará la descomposición radiactiva si de repente los núcleos de helio que se desprenden son quince veces más pesados ​​​​de lo normal (después de todo, esa masa debe provenir de algún lugar). Los propios rayos alfa deberían perder gran parte de su ya pequeño poder de penetración (puede detenerse con una hoja de papel), pero como son mucho más pesados, probablemente causen mucho más daño cuando se ingiere algo como el yodo-13. Además, siempre que se produzca la desintegración alfa en una habitación cerrada, existe un grave peligro de asfixia (no puede salir, por lo que se acumulará como monóxido de carbono).

Los globos que caen como en tu garabato serán el efecto secundario más inofensivo del helio más pesado con diferencia. Y, dado que muchas instrucciones de youtube de bricolaje para globos flotantes producen hidrógeno a partir de una reacción redox (NO LO HAGA EN CASA: el hidrógeno es altamente inflamable, ¡vea el Hindenburgh!), Todavía habrá muchos globos a flote.

A menos que de repente hagas que el hidrógeno también sea más denso.

Esta respuesta captura un desafío común para preguntas como estas. "El helio se vuelve más denso" es complicado porque la densidad es una propiedad a granel, y la mayor parte de la ciencia divide estas propiedades a granel en partes más pequeñas (como aumentar el peso molecular del helio). La forma particular en que se desglosa es importante para hacer predicciones con la ciencia. A la ciencia no le gusta hacer predicciones sin saber las cosas primero.
Me pregunto cómo se vería la órbita de la tierra si el sol de repente fuera más pesado. Definitivamente se volvería muy excéntrico y todos nos quemaríamos y moriríamos... si el sol no se extinguiera primero.
Las ramificaciones de 5 cm de gas pesado e inerte que se asientan en la superficie de la tierra son probablemente bastante extremas. Nada que viva a esa altura (hormigas, escarabajos, gusanos, cualquier cosa que viva en madrigueras bajo tierra) ahora tiene O2 respirable y se asfixiaría en muy poco tiempo. Como suposición, eso podría tener algunos efectos drásticos en el ecosistema. Sin mencionar, ¿cuánto CO2 está utilizando ahora la hierba para la fotosíntesis? Esto no parece que vaya a salir bien...
@RalphJ Bueno, dado que el helio es más pesado que el aire, fluiría hacia abajo como el agua, para acumularse al nivel del mar. Por lo tanto, las elevaciones más altas (50 m sobre el nivel del mar) deberían estar perfectamente bien, sin helio descansando allí a menos que tenga forma de caldero. Probablemente deba tener cuidado de no pisar los ríos invisibles de helio, especialmente si hay una fuente que produce helio natural (ver desintegración radiactiva) en algún lugar cercano, pero no debería afectar la naturaleza en todas partes .

Un aumento de diez veces en la densidad acabará con los reactores nucleares refrigerados por helio.

El helio se utiliza para flotabilidad, bajo punto de ebullición (superconductores) y transferencia de calor/fluido de trabajo.

En esta última capacidad, la naturaleza monoatómica del helio y especialmente su bajo peso molecular son vitales. La única forma (según nuestra física, a través de la ley de los gases ideales) de aumentar la densidad del gas (en las mismas condiciones) es aumentar la masa molecular. Un aumento de 10 veces en la densidad del gas helio haría que fallaran los reactores nucleares que usan helio gaseoso. El aumento en la densidad haría que el mecanismo clave de eliminación de calor fuera 10x (podría ser un efecto de raíz cuadrada (pero aún sqrt (10) ~= 3,16..., mi mecánica estadística es confusa) menos efectivo. Yo no lo haría quiero estar a favor del viento!

También provocará otros dispositivos que usan helio gaseoso como fluido de trabajo (algunos motores Stirling) o como fluido de transferencia de calor en aplicaciones no nucleares (algunos empaques de chips, o esa tecnología {IBM, estoy bastante seguro) abandonada ?)

¿Qué reactores usan helio?
Por lo que puedo decir de ese enlace, el único reactor refrigerado por gas actualmente operativo está en Corea del Norte, y usa dióxido de carbono, no helio.
@kingledion Hay siete reactores refrigerados por gas de segunda generación que operan en el Reino Unido en la actualidad (se cerrarán en varias fechas entre 2023 y 2030), pero también usan refrigerante de dióxido de carbono, no helio. en.wikipedia.org/wiki/Advanced_gas-cooled_reactor
Así que supongo que la conclusión es que un aumento en la densidad del helio no le hará nada a ningún reactor nuclear.