¿Esta trama de ciencia ficción sobre la singularidad cuántica viola las leyes de la física?

Estoy escribiendo ciencia ficción, aunque no tengo formación en física. Una parte de mi trama es:

En una Tierra futurista amenazada por una enorme demanda de energía y el cambio climático, un científico crea una singularidad cuántica para generar energía.

La basura se arroja al agujero negro cuántico, que luego se convierte en energía limpia, que se utiliza para satisfacer la demanda mundial de energía.

Se planteó la hipótesis de que una vez que la minisingularidad alcance un cierto tamaño manejable, dejarían de alimentarla y se descompondría espontáneamente por la radiación de Hawking.

Pero para horror del mundo, la singularidad cuántica artificial nunca decayó por la radiación de Hawking y ahora representa una amenaza para el mundo entero.

¿Este complot viola las leyes de la física o es factible en una Tierra futurista con acceso a tecnologías mucho mejores? ¿Podría sugerir algo más, si hay agujeros en la trama?

Cuanto más pequeño es el agujero negro, más caliente se vuelve, el tuyo debe ser demasiado pequeño para hacer algo, por qué molestarte.
La radiación de halcón es la forma en que se obtiene energía de un agujero negro, por lo que si estuvieran obteniendo energía de él, estarían irradiando radiación de halcón. Si se detiene, significaría que, por alguna razón, el ambiente está demasiado caliente, lo que rompería la física tal como la conozco --- Mire este video youtube.com/watch?v=Qam5BkXIEhQ
No creo que valga la pena poner esto en una respuesta, pero como "salida" puede decir que los físicos siguieron alimentando el agujero negro porque no estaban detectando radiación y asumieron que simplemente necesitaban que el agujero negro fuera más grande para crear una cantidad detectable. Luego lo alimentan un poco demasiado y se va. El humor apunta si finalmente detectan la radiación de Hawking cuando comienzan a ver que el área de contención se dobla hacia adentro. De hecho, me gusta bastante la idea de esta historia: asegúrese de dejar un enlace si escribe la historia y la publica en línea.
Ver esta respuesta . El uso de la energía para algo que no sea la propulsión no cambia los detalles de la producción de energía y la logística de alimentar el microagujero negro.
Si te refieres a un agujero negro, entonces se necesita una gran cantidad de energía para hacer un agujero negro lo suficientemente grande como para no decaer en una fracción de segundo. Se requiere esfera Dyson.
@celtschk ¡Estoy corregido! Gracias.

Respuestas (4)

Sí, viola las leyes de la física.

La basura se arroja al agujero negro cuántico, que luego se convierte en energía limpia, que se utiliza para satisfacer la demanda mundial de energía.

He estado esperando un tiempo para usar esta imagen:

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿A qué te refieres con "luego se convierte en energía limpia"? ¿Cómo supones que sucede eso? Ahí está el milagro. Y especialmente si luego dices que la Radiación de Hawking no existe.

Diría que si esta futura humanidad suya tiene tal dominio de los elementos de la naturaleza, hasta el punto de que pueden crear singularidades, entonces hacer que la energía de fusión nuclear funcione debería ser muy fácil, ya que estamos tentadoramente cerca de eso hoy.

Pero si todavía quieres esto como un dispositivo de trama, diría: atorníllalo con las leyes de la física y simplemente muévelo a mano. Ya has echado a Hawking con el agua del baño, así que eres libre de inventarte lo que quieras. :)

¡Gracias por la respuesta! Quiero decir, la tecnología utilizada en Star Trek. Donde alimentan su nave espacial con singularidad cuántica.
@Bagho No hacen eso en Star Trek. Lo alimentan combinando materia y antimateria.
Este sitio; forums.spacebattles.com/threads/… Probablemente me engañó.
En realidad, no existe tal cosa como una singularidad cuántica. Si realmente existen, son desconocidos para la ciencia. Lo que describes es un agujero negro muy pequeño (BH). De un tipo a menudo llamado Hawking BH. Tiene propiedades que son bien conocidas. Muy capaces de convertir la materia en radiación gamma (esto no es energía limpia) y si no se mantienen bien alimentados, se produce una gran explosión. Quédate con la singularidad cuántica porque la ciencia no la limita y puedes hacer lo que quieras para tu historia.
@Bagho Si sigue el enlace al artículo al que hace referencia el hilo, verá que la radiación de Hawking es el método para extraer energía. Entonces, ¿su escenario viola las leyes de la física? Sí , a lo grande, en que dices que dos cosas que son mutuamente excluyentes suceden al mismo tiempo.
Una de mis caricaturas favoritas de Sidney Harris, ¿cómo no podría votarla? Respuesta, en absoluto. Así que el número extra es tuyo.
@a4android lo siento pero no entendí eso más allá de que te gustara el cómic. ¿Puedes por favor reformular?
Una buena respuesta con una buena ilustración, por lo que obtuvo mi voto a favor. Lo siento, los dobles negativos también me confunden.
@ a4android Ya veo, gracias amablemente. :)
¡Gracias! Pero me quedé sin ideas, ya que no tengo experiencia en física. Mi motivo principal es que en la historia, un científico quería crear algo que produjera energía, menos el calentamiento global y los desechos nucleares. Pero a su vez, accidentalmente crea algo peligroso e indestructible como un agujero negro, que representa una grave amenaza para este mundo. Como una bomba de tiempo lenta. Ahí es cuando interviene nuestro héroe. ¿Podrían ayudarme con alguna solución? Gracias. :)
@Bagho Entonces, como dije: solo agítelo con la mano. Puede elegir entre una gran paleta de términos de física que aún no comprende. La materia oscura / energía oscura sería una buena banda elástica para usar aquí porque no tenemos idea de cómo funciona. Es solo un nombre de marcador de posición para algo que debe estar allí para explicar por qué nuestra física no funciona según lo previsto en las escalas cósmicas.
Tienes razón. Pero dicen que la cantidad de energía oscura en toda el área del sistema solar es demasiado baja en comparación con la energía que emite el sol.
@Bagho Te estás perdiendo el punto aquí: tu elemento de la trama debe romper las leyes de la física porque tu personaje científico hizo algo que esperaba que operara de cierta manera, de acuerdo con algunas leyes de la física u otras. Pero esta cosa que él creó funciona de manera diferente, es decir, las leyes de la física tal como las conocemos en realidad estaban equivocadas y, como tales, están rotas. Así que no se trata de tratar de evitar romper las leyes de la física con tu historia; debes romper las leyes de la física, de lo contrario no tienes una historia.
@Bagho Mi sugerencia fue llamarlo singularidad cuántica. No hay reglas científicas para ellos. Es todo agitar las manos. La sugerencia de Michael Karnefors sobre la energía oscura también es buena. La fuente de energía fuera de control podría ser un colector de energía oscura que no pueden apagar. O llámelo fuente de energía zeta, entonces la energía zeta puede ser cualquier cosa que desee que sea. A veces, ser demasiado científico puede arruinar una historia. Solo explique todo lo que sepa o entienda, aléjese de demasiada ciencia si no la entiende. Star Trek usa 'ciencia esponjosa', pero eso es todo lo que necesitan para contar una historia.
@Bagho Estoy de acuerdo con Michael. Solo rompe las leyes de la física por el bien de tu historia.
+1 en lo que acaba de decir @a4android. Si intenta buscar la precisión científica, es muy probable que arruine una historia en lugar de fortalecerla cuando se trata de cosas como esta. Star Trek utiliza vagas tecno-balbuceos para llegar a la suspensión de la incredulidad y luego avanza rápidamente con la historia . Mantén siempre tu historia cerca de tu corazón porque todo lo que creas en términos de un mundo, conceptos, física, etc., está ahí para respaldar la historia y no para robarle el protagonismo.
Muchas gracias, Michael, Androide. Ahora me siento lo suficientemente seguro como para seguir tejiendo la trama a mano, sin preocuparme mucho por la física. :) Y usaría el término Singularidad Cuántica como sugieres (o Singularidad Artificial ya que Star Trek tiene derechos de autor jajaja). Verterían algo de basura, el 30% de cuya masa se convertiría en radiación Gamma. Este Gamma sería cosechado. Pero entonces esta singularidad hecha por el hombre representaría una amenaza para la humanidad.
Si bien estoy de acuerdo con el tono general, solo una advertencia sobre la tecnopalabrería: mantén la consistencia y evita las ex-maquinas . Nada arruina una historia como tener a los personajes principales en una situación de peligro, y que alguien la resuelva diciendo "Tengo una idea, podemos usar nuestra linterna como un fáser debido a la cuántica, bla, bla, bla" y luego proceder a matar a todos sus enemigos. .

La basura se convierte en radiación gamma... que ES la radiación de Hawking. Y debería evaporarse si dejas de alimentarlo. Entonces, haga que su científico descubra que la Tierra se encuentra en un gran parche de materia oscura casi indetectable, y luego descubra que la materia oscura alimenta una singularidad tan bien como la materia regular. En otras palabras, no lo estamos alimentando, pero se alimenta de todos modos.

Problema resuelto, totalmente dentro de la teoría conocida actual. Sabemos que existe la materia oscura, pero no sabemos qué es, pero interactúa a través de la gravedad, por lo que teorizar que iría a una singularidad es fácil. Puede que no cree rayos gamma por sí mismo, pero haría que la singularidad fuera más grande.

[editar] Snyder005 a continuación señala algunas dificultades con esta idea. Todavía creo que podrías encontrar una solución similar a la que propuse, pero es probable que se necesiten más preguntas de física para resolverla. Lo cual es una gran transición a mi párrafo de cierre original...

Y si eso no funciona para ti, aún no tienes que romper las leyes conocidas de la física. Solo tienes que proponer nueva física. Crea una nueva teoría que explique por qué el agujero no se evapora. Esa es tu licencia como autor de ciencia ficción. Simplemente hágalo lo más consistente posible con la ciencia actual para ayudar a los lectores a explorar la ciencia en lugar de alejarlos de ella. :-)

Inteligente, pero la materia oscura es muy difícil de apuntar al diminuto BH. No forma un disco de acreción y no puede perder energía de esa manera, por lo que casi todo pasará por el BH en órbitas hiperbólicas. ¡Recuerde, los agujeros negros no "apestan"! La gravedad funciona como siempre.
No tienes que apuntar si hay suficiente de paso. Una corriente de materia oscura que atraviesa el área debería (en teoría) adherirse y ser imposible de cerrar. Incluso si solo se adhiere una pequeña cantidad, podría empujar la singularidad más allá de los límites de contención diseñados.
Desafortunadamente, hay algunos errores en esta respuesta con respecto a la física. La radiación de Hawking no necesita ser radiación gamma, de hecho, lo más probable es que sean electrones/positrones y radiación de baja energía. También la materia oscura que nos rodea está contenida en un halo, que es muy difuso (1 protón de masa en unos pocos centímetros cúbicos) y homogéneo. La materia oscura no se acumula en pequeñas escalas, por lo que no se formaría un parche apreciablemente grande y masivo, ni sería indetectable, ya que su gravedad se detectaría fácilmente.
Realmente no conocemos el comportamiento de agrupamiento a pequeña escala la última vez que lo comprobé. ¿Tienes citas sobre eso? Y el hecho de que pueda detectarse no significa que nadie haya pensado en hacerlo antes de generar la singularidad.
arxiv.org/pdf/1405.2204v1.pdf analiza grupos a pequeña escala, sin embargo, incluso estos tienen masas menores que una masa solar distribuida en ~ 206 AU al cuadrado (más grande que nuestro sistema solar). Podemos restringir el comportamiento de agrupamiento a pequeña escala simplemente utilizando el conocimiento de que la materia oscura no tiene presión y no puede disipar energía a través de la radiación. Mientras que el polvo y el gas se moverán en espiral hacia adentro y se calentarán, la materia oscura no puede, por lo que no forma objetos compactos. La microlente también proporciona restricciones en los objetos de halo compactos masivos.
La microlente también proporciona restricciones en los objetos de halo compactos masivos, como los agujeros negros primordiales, por lo que probablemente se descarte. También en muchas teorías estos tienen masas mayores que la masa solar de los agujeros negros, tan fácilmente detectables a través de perturbaciones gravitacionales. Su mejor apuesta sería algo así como un WIMPzilla (partícula extremadamente masiva, 10 ^ 16 GeV) como su materia oscura, pero incluso estos son menos de un kg.
Snyder005 -- información útil. Gracias. Editaré mi respuesta para resaltar.
arxiv.org/pdf/1601.07428.pdf Proporciona restricciones sobre halos de materia oscura más pequeños. Un breve vistazo no encontró cifras de densidad o tamaño, pero incluso los microhalos se tratan como fuentes de lentes extendidas, por lo que deben ser mucho más grandes que las estrellas. Sin embargo, tiene una buena discusión sobre la jerarquía de los halos de materia oscura.

Las respuestas anteriores hablaban de la radiación de Hawking, pero le propongo que use un método diferente para generar la energía, conocido como el proceso de Penrose . Por supuesto, esto supone que usted está dispuesto a rechazar con la mano el desarrollo de cualquier agujero negro de este tipo, pero de lo contrario, este proceso no violaría nuestras leyes físicas actuales.

La metodología

En pocas palabras, formas un Agujero Negro giratorio y le arrojas materia. Si divide la materia correctamente, una mitad cae en el agujero negro y la otra mitad escapa, con más momento angular que el original. El resultado es la extracción de energía de la mitad que escapa, mientras que el giro del agujero negro se ralentiza, obedeciendo así las leyes de la física. La energía se extrae del giro del agujero negro.

En algún momento, tu agujero negro se ralentizará demasiado y no podrás extraer más energía. ¿Cómo sigues generando energía? Simplemente siga arrojando materia a su agujero negro, pero no la divida y deje que todo caiga en el agujero negro. ¡Esto agregará un momento angular y aumentará el giro del agujero negro, preparándolo para generar energía nuevamente!

Cómo puedes hacer que funcione

En términos de su historia, digamos que su científico tiene un gran avance y crea un agujero negro giratorio estable. Entonces decide resolver la crisis energética. Después de algunos cálculos, él / ella decide si arrojan materia en el ángulo de incidencia, la velocidad y la cantidad correctos, pueden usar el proceso de Penrose para extraer energía, al mismo tiempo que equilibran cualquier radiación de Hawking. Aún mejor, arrojarán todos los desechos del mundo al agujero negro y también resolverán la crisis de la basura.

Sin embargo, algo sale terriblemente mal cuando (por accidente, sabotaje, error de cálculo) se arroja más materia de la prevista y el crecimiento del agujero negro supera su tasa de disipación radiactiva y comienza a crecer sin control. Por ejemplo, tal vez el proceso de "alimentación" esté automatizado, utilizando sondas para monitorear la masa y el giro del agujero negro, pero el monitor de giro falla, por lo que el programa cree que el agujero negro no está girando. Luego, el programa comienza a "alimentar" el agujero negro en un intento de que comience a girar nuevamente, sin saberlo, provocando un crecimiento descontrolado.

¡Gran idea! ¡Muchas gracias! ¡Volveré a publicar pronto con una trama, teniendo en cuenta toda la información invaluable que me han dado!

El principal agujero en la trama es que nadie construiría un sistema de generación de energía de este tipo sin comprobar primero si los agujeros negros realmente se evaporan a través de la radiación de Hawking. ¿Por qué? Porque la evaporación de la radiación de Hawking es un proceso muy violento, y querrás asegurarte de poder contener el proceso de "apagar la central eléctrica y dejar que explote". Entonces, probarías las cosas primero haciendo mini agujeros negros realmente pequeños en algún lugar del espacio y dejándolos decaer. (Y luego, incluso si funcionara, nadie querría una planta de energía de este tipo cerca de ellos en primer lugar).

Hay dos formas posibles de obtener energía de un agujero negro:

  1. Tome un agujero negro masivo (demasiado masivo para evaporarse en un período de tiempo razonable) y tírele cosas ("basura") para crear un disco de acreción; recolectar la luz y otras formas de radiación provenientes del disco de acreción.

  2. Cree un agujero negro muy pequeño y (comenzando de inmediato) alimente masa en él lo suficientemente rápido como para compensar la radiación de Hawking, estableciendo un delicado equilibrio donde la masa del agujero negro permanece constante. En este caso, obtienes una combinación de energía basada en acreción y radiación de Hawking del propio agujero negro.

(Esto solo funcionaría para agujeros negros de al menos unos pocos millones de toneladas de masa, porque la radiación de Hawking de un agujero negro muy pequeño probablemente sería lo suficientemente intensa como para empujar las cosas que está tratando de alimentar, e incluso si no lo fue, probablemente tendrías que enviar la masa más rápido que la velocidad de la luz, lo cual no es posible... Además, la radiación de Hawking aumenta a medida que el agujero negro se hace más pequeño; para los agujeros negros que no son lo suficientemente grande como para destruir una ciudad cuando deja de alimentarlos [ver más abajo], la salida de energía transitoria es tremenda, por lo que los procesos de alimentar el agujero negro y contener la salida de energía serían bastante difíciles...)

Entonces, ¿qué sucede cuando dejas de alimentarlo? Un agujero negro con una masa inicial de 230.000 kg se desintegrará en aproximadamente 1 segundo, liberando una energía equivalente a 5 billones de megatones. Una masa inicial de 1 kg se desintegra en aproximadamente 10 − dieciséis segundos, liberando alrededor de 20 millones de megatones. Un agujero negro de 1 miligramo se descompone en aproximadamente 10 − 26 segundos, liberando unos 20 megatones. (Vea aquí las fórmulas. Estas son crudas, y las versiones más correctas pueden cambiar los resultados en factores de diez o cien, pero eso no lo ayudará).

Puede ver por qué la oposición de NIMBY a una planta de energía de mini-agujero negro podría ser bastante fuerte.

[Respondiendo al comentario:]

¿Es posible ralentizar la alimentación del agujero negro, en lugar de matarlo de hambre por días (¿o años antes de planificar el cierre de la central eléctrica?) para que la explosión no sea tan violenta, sino gradual y controlada?

No, eso en realidad lo empeorará.

El problema es que a medida que el agujero negro se vuelve más pequeño (perdiendo masa-energía por la radiación de Hawking), se calienta y, por lo tanto, irradia más. Cuando es muy pequeño, irradia con un poder enorme. Un agujero negro de 1 kg tendría una potencia de salida de 3.6 × 10 32 vatios - una tasa de aproximadamente 10 23 megatones por segundo. Y tenga en cuenta que tendría que alimentarlo con al menos ese equivalente de masa-energía cada segundo (si eso es posible) para evitar que se vuelva más pequeño, más caliente y más luminoso.

En realidad, la forma más segura de "apagar" una central eléctrica de agujero negro es inyectarle mucha masa, de modo que la radiación de Hawking disminuya y la vida útil aumente. Si puede aumentar la masa hasta unos cien mil millones de toneladas, entonces la radiación de Hawking solo ascenderá a unos 30 kilovatios y la vida útil será de unos 100 mil millones de años, por lo que puede dejar que otro pobre bastardo (civilización) se preocupe. su destino final.

[Editado para corregir los cálculos y abordar la pregunta en el comentario]

Gracias por la información. ¿Es posible ralentizar la alimentación del agujero negro, en lugar de matarlo de hambre por días (¿o años antes de planificar el cierre de la central eléctrica?) para que la explosión no sea tan violenta, sino gradual y controlada?
Pensé que tomaría más tiempo que un comentario abordar su nueva pregunta, así que seguí adelante y edité mi respuesta (y arreglé algunos errores matemáticos tontos; el resultado es que las cosas son aún peores...)
¿Esta trama de ciencia ficción sobre la singularidad cuántica viola las leyes de la física?
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