¿Podría un disco de Alderson ser habitable?

Un disco de Alderson sufre de casi todos los mismos problemas que un mundo de anillo de Niven y tiene un par único en su configuración.

Inestabilidad
Un problema es que la configuración de la estructura/estrella es dinámicamente inestable. Si perturba el disco / toroide (por ejemplo, por el impacto de un meteorito), lo más probable es que (eventualmente) golpee la estrella, en detrimento extremo de todos los habitantes del disco.

Por lo tanto, el disco requerirá un sistema de control activo capaz de restaurar el disco (toroide) a su ubicación deseada en relación con la estrella si algo lo perturba.

Gravitación
Un pequeño problema que tiene el disco y que el mundo del anillo no tiene es la gravitación. El disco no proporciona ningún mecanismo para mantener las cosas "pegadas a la superficie".

Si desea hacer que el disco sea lo suficientemente masivo como para proporcionar su propio campo gravitatorio, terminará con un toroide cuya sección transversal cilíndrica es la de la Tierra tanto en dimensión como en composición.

El problema es que no dominamos el uso de materiales capaces de resistir la isostasia (volver a una forma esférica) en esas condiciones. En lugar de simplemente proporcionar una fuerza para mantener a las personas adheridas a la superficie del toroide, proporcionaría suficiente fuerza para colapsar el toroide en una (gran) bola de materia, para consternación de los habitantes del toroide.

La extremadamente mala noticia sobre esto es que no se puede solucionar el problema con materiales increíblemente fuertes y livianos. Necesitas esa masa para su gravitación y es la combinación de masa y gravitación lo que colapsará tu toroide.

Buenas noticias
A diferencia del concepto del mundo de los anillos, si construyes un toroide autogravitatorio, no necesitarás girarlo para mantener las cosas adheridas a la superficie interna. Esto reduce significativamente los requisitos de resistencia de los materiales (pero no elimina los problemas mencionados anteriormente).

Siendo realistas
, no puedo ver ninguna forma de permitir que esto funcione ni puedo prever ninguna a menos que alteremos fundamentalmente nuestra comprensión del Universo.

Pero si tiene el corazón puesto en el diseño, simplemente incluya los cambios ficticios necesarios para que funcione. Creo que un diseño extremadamente liviano con generadores de gravedad funcionaría (hasta que alguien apague la energía). Querrá algunas cajas de seguridad, junto con cajas de seguridad para su sistema de estabilización activa para evitar que el toroide/disco entre en contacto con la superficie de la estrella.

Como regla general, la gravedad lo atrae hacia el centro de gravedad del objeto con mayor influencia gravitacional para su posición. En este caso, parece que sería el anillo. El centro de gravedad del anillo está... en algún lugar de esa estrella. Esto significa que tu gente, a menos que tenga cosas contra las cuales protegerse, caerá en la estrella. Dado que una zona habitable suele ser del orden de ~1 UA para una estrella como la nuestra, estoy dispuesto a decir que es muy probable que así sea.

Vsauce hizo un video sobre una "tierra plana" que tiene una simulación de una tierra plana. Muestra el problema de vivir en cualquier objeto similar a un disco; cuanto más lejos del medio estés, más la gravedad te empuja hacia el centro de ese disco y menos hacia el suelo sobre el que estás tratando de caminar.

Si el disco estuviera girando, no cambiaría el centro de gravedad del disco. Las personas aún caerían en el medio a menos que estuvieran en un radio muy específico , donde la aceleración proporcionada por la gravedad del disco/estrella los obliga a orbitar alrededor de la estrella. Si te acercas demasiado al borde o al centro, saldrás volando o caerás.

La mejor manera de superar esto requeriría un disco que fuera mucho, mucho más grueso que ancho. Alternativamente, su disco tendría que tener un diámetro infinito para permitir la misma gravedad a lo largo del disco. Si está dispuesto a tener una estructura de densidad no uniforme, podría hacer que la zona habitable sea mucho más densa (y, por lo tanto, gravitacionalmente más fuerte ), pero esto aún puede no funcionar debido a ese complicado centro de gravedad.

¿Qué pasa con esta "aproximación de hoja infinita" de la que la gente sigue hablando, afirmando que la gravedad "cerca" de la superficie se sentiría normal? Bueno, eso se llama la aproximación de hoja infinita , que se usa más a menudo en electromagnetismo, pero se puede usar en gravedad. Resulta que esta aproximación solo es buena siempre que la distancia entre usted y la hoja sea aproximadamente 1/5 de la distancia entre el punto debajo de usted (en el anillo) y el borde de la hoja. Entonces, si su anillo tiene un grosor de 1 au, su aproximación de hoja infinita funciona para 1/5 AU sobre la superficie en el medio del anillo. Si estás a 1 m del borde, la aproximación del plano infinito solo se mantiene en alrededor de 1/5 de metro.

También existe el pequeño problema de que el sol se desplaza hacia el costado de su disco. Debido al hecho de que está rodeado por una cantidad igual de material en el plano del disco, puede desplazarse en ese plano como si el disco no estuviera allí. (Es el caso bidimensional de la fuerza gravitacional dentro de un caparazón ). Esto significa que su sol podría entrar muy fácilmente en el radio interior, lo que imagino que causaría problemas.

También hay algunos problemas con las fuerzas de las mareas; el radio interior de su disco experimentará más atracción de la estrella que el exterior de su disco. A menos que el material sea lo suficientemente fuerte para soportar estas fuerzas, la estrella podría romper el disco. Por supuesto, el disco propuesto es lo suficientemente grande como para pensar que debe estar hecho de algún material mágico.

Al igual que el Mundo Anillo de Niven, el disco de Alderson tendría que estar hecho de materiales irrazonablemente fuertes (los cascos de las naves espaciales "Scrith" y "General Products" de súper materiales estaban hechos de materiales que tenían la fuerza nuclear fuerte mejorada). Fuera de la ciencia ficción, un súper la civilización podría ser capaz de manipular el neutronio, que también es lo suficientemente denso como para proporcionar gravedad a los habitantes del disco, suponiendo que los habitantes fueran del tamaño de bacterias y se sintieran cómodos con una gravedad superficial medida en miles o millones de g . Sospecho que la cantidad de atracción gravitacional en el ecuador de la estrella también la separaría...

El disco de Alderson realmente debería considerarse como una especie de experimento mental, en lugar de algo real. Si quieres algo como un disco de Alderson, tal vez podrías seguir el ejemplo de Forest Bishop, quien redujo el Ringworld a algo que podría construirse con materiales reales. Un Bishop Ring tiene un radio de 1000 km, un ancho de 500 km y la atmósfera está retenida por una combinación de fuerza centrífuga debida a la rotación del anillo y paredes en los bordes del anillo que tienen 200 km de altura. Un sistema de espejos refleja la luz del sol sobre las paredes y sobre la superficie.

Su "mundo de CD" usaría una linterna de fusión o una "bola de discoteca" como objetivo para que el pelotón de espejos solares proporcione luz, y un disco grande para proporcionar el área de superficie. El aire y el agua en la superficie escaparían rápidamente al espacio a menos que hubiera algún tipo de "techo". Tal vez se podría construir una enorme cubierta transparente hecha de diamante o de un material duro y transparente similar para cubrir cada lado del disco (dando al término "caja de joyas" un significado completamente nuevo). El tamaño máximo dependería de los materiales utilizados, pero Graphine, Fullerines y otros materiales de esa naturaleza te permitirían hacer estructuras de cientos o miles de kilómetros de diámetro.

Un problema es la gravedad. Para que las personas sean derribadas, el disco tendrá que ser muy grueso. En ese nivel de espesor, uno debe asegurarse de que el material del que está compuesto el disco sea lo suficientemente fuerte como para evitar que se derrumbe sobre sí mismo. Además, confiar en el balanceo de una estrella para un ciclo día/noche es muy poco fiable. Lograr que se balancee constantemente sería difícil. Además, un sol que se balancea contribuiría a lo que discutiré a continuación. Sobre todo, morirían. Esto se debe a que la ecuación gravitacional es una ley del cuadrado inverso. Si el sol no está perfectamente en el centro, la atracción gravitacional será más débil en un lado y más fuerte en el otro. Esto hará que el disco se estrelle contra el sol. Se podría decir que mientras no le demos servicio a la estrella, estará perfectamente en el centro. Este no es el caso. Nadie puede poner perfectamente la estrella en el centro. Incluso si estuviera extremadamente cerca, a lo largo de los eones se estrellaría lentamente contra el sol. Aunque pudieran ponerlo perfectamente en el centro, hay que recordar que el sol no es estático. Son las erupciones solares y sus comentarios y otras perturbaciones en todo el sistema solar. Estas cosas harían que no esté perfectamente centrado.

Necesitas fuerzas suficientes para evitar que el disco de Alderson se derrumbe sobre sí mismo. Supongamos un espesor de 6000 km, con paredes de 1000 km en cada cara alrededor del borde interior hecho de tungsteno, que tiene un punto de fusión de 3695 K, y supondremos que tiene un albedo del 74 %, y el sol en el centro es como la de la Tierra. Podemos colocar con seguridad el borde interior a 0,01 AU, pero tendremos que lidiar con la fuerza gravitatoria ejercida por el sol. Pongamos las paredes de 1 km de espesor, lo que significa que tendrían una masa total de 1,45 10^24 kg, y como la masa del sol es 1,98 10^30 kg, la fuerza sería de 8,56 10^25 N La presión sería 1.1410 ^ 9 Pa, y eso es solo para las paredes. Si queremos algo parecido a una zona habitable, tendríamos que estirarla hasta 1 UA y supondremos que el resto del material tiene una densidad media de 5515 kg/m^3.

La masa total de la estructura sería de unos 4,61 10^31 kg, lo que significa que la fuerza de gravedad sobre las paredes sería de 2,7210 ^ 33 N. Ningún material conocido podría soportar tal fuerza, por lo que deberá trabajar con algo mucho más fuerte que cualquier cosa que conozcamos. La increíble fuerza del material también crearía una gravedad bastante extraña. En el borde interior y exterior, ignorando la gravedad del sol, la gravedad sería de alrededor de 0,560 N/kg, y cuando se tiene en cuenta la gravedad solar, la gravedad del borde exterior es de 0,566 N/kg, y si estuviera parado en el interior borde, te caerías al sol. En cuanto a la mitad de las caras, la gravedad es de 341 N/mg, en la que sería imposible sobrevivir. Entre esos dos extremos, definitivamente habría algún tipo de región donde hay suficiente gravedad, pero he hecho una muchas suposiciones.

Se podría usar una serie de espejos y lentes para asegurarse de que haya regiones que reciban suficiente calor y luz para que exista la vida, y que tengan una cantidad adecuada de gravedad. Pero, tendríamos que doblar un poco las leyes de la física para obtener un disco de Alderson realista.