Problemas con el armamento de antimateria

En mi universo ficticio, los proyectiles de antimateria se usan regularmente en la guerra espacial. No estoy preguntando si es práctico o no, pero tengo tres preguntas específicas:

  1. Carga en forma de impulso: la idea es que una ojiva que contenga antimateria (como un torpedo de fotones) se acerque al objetivo a alta velocidad y detone. La conservación del impulso dicta que los fotones resultantes de la aniquilación y que viajan hacia adelante deben tener una frecuencia más alta que los que viajan hacia atrás, por lo que la mayoría de la energía golpea el objetivo, en lugar de dispersarse en el espacio. Por detonación a 0.1c, ¿cuánto por ciento de la energía iría al hemisferio delantero, en un caso de aniquilación pura de electrones y positrones, y cuánto en el caso de aniquilación de antihidrógeno?

  2. Proyectil de antimateria desnudo. La segunda pregunta se refiere a un proyectil de tamaño macroscópico, construido a partir de antimateria sólida, como se sugiere en los comentarios. ¿Cuánto tiempo podría viajar una masa de 10 kg de hielo antiagua/antihierro/antiuranio empobrecido en el medio interplanetario en la órbita de la Tierra (que no es vacío total) antes de perder la mitad de su masa, suponiendo una velocidad de 10000 m/s? ¿Y si lo disparo en el medio interestelar? ¿O en la atmósfera superior de la Tierra a 300 km de altitud?

  3. Me parece que es bastante difícil inventar escudos de campo de fuerza físicamente plausibles. Pero puedo imaginar el uso de un campo magnético para un propósito defensivo específico: ¿podría utilizarse un campo magnético fuerte para romper la contención de antimateria en los misiles enemigos y, por lo tanto, hacerlos explotar lejos? ¿O podrían recubrirse fácilmente?

  4. Si los proyectiles de antimateria desnudos descritos en la pregunta 2 se usaran regularmente, ¿significarían los 'escudos de gas' una contramedida viable? La idea es que, si la computadora detecta un proyectil de antimateria que se aproxima, emite gas desde las ventilaciones dedicadas (o los propulsores de maniobra en casos de emergencia) para aniquilarlo y evaporarlo antes de que golpee.

Pregunta tonta: ¿por qué detonarlo en ruta? ¿Por qué no dejar que sea su objetivo hecho de materia normal y dejar que aniquile parte de su materia, al mismo tiempo que se asegura de que la esfera de energía resultante sea absorbida casi por completo por su nave?
@DanBron: La detonación es una buena idea. Una carga con forma detrás de la botella magnética que contiene la antimateria se activa por la compresión de la punta de la ojiva, empujando la botella en contacto con la punta rota, que rompe la contención y provoca una reacción de aniquilación.
@nzaman Eso explica cómo funciona una carga con forma, pero no por qué es mejor que simplemente usar la antimateria "balísticamente", que es lo que estaba preguntando. ¿Por qué la detonación de contacto bonito es superior a la detonación de contacto para inhabilitar las naves enemigas?
@DanBron: Porque obliga a la antimateria a estar lo más cerca físicamente posible de la nave enemiga antes de que detone. Como resultado, la mayor parte de la energía es forzada a entrar en la estructura del objetivo, en lugar de reflejarse en la superficie. Piense en una explosión debida a una carga explosiva en un agujero en la pared de una roca frente a la misma carga suelta en la superficie: ¿cuál causaría el mayor daño?
@DanBron En el caso de bombardear ciudades, las bombas se detonan sobre el suelo para que el daño se extienda más (en lugar de crear mucho daño en un solo lugar). Así que supongo que, de la misma manera, una explosión en la superficie de un barco causaría muchos daños en ese punto del casco, pero si esa área se puede sellar, no es un problema, ya que causar daños generalizados rompería más áreas
@nzaman El enfoque balístico literalmente solo explota cuando está en contacto . De hecho, en realidad usa la materia de la nave enemiga para producir la mitad del daño de energía resultante. No puedes acercarte más que eso. Cualquier otra cosa que eso, está, de hecho, más lejos. La analogía con TNT en una roca es inapropiada.
@DanBron: Creo que estamos hablando de propósitos cruzados aquí. Estoy hablando de explosiones al contacto... ayudados por aplastar la antimateria hacia adelante solo para estar más seguros.
anuncio1. Me temo que no hará mucho a 0.1c, la composición de velocidad generalmente tiene un término (1-(v/c)^2), a 0.1c no diferirá significativamente de 1. Intentaré calcular realmente y demostrar que, si consigo algo de tiempo más tarde.
No se recomienda hacer varias preguntas en una, ya que dificulta responder con una respuesta concisa y enfocada. Además, se vuelve mucho más difícil calificar las respuestas sobre si una es mejor que otra, ya que la "mejor" respuesta a cada parte de su pregunta puede estar en diferentes respuestas. Consulte los consejos sobre cómo solucionar el problema .

Respuestas (5)

Hay una preocupante falta de matemáticas entre estas respuestas, especialmente en lo que respecta a la pregunta número 2.

El viento solar está a punto 400 k metro / s , entonces una velocidad de 10 k metro / s es despreciable en este cálculo. El viento solar/medio interplanetario tiene una densidad de unos 5 iones por C metro 3 . Supongamos que nuestro proyectil es aproximadamente esférico, con una sección transversal de 10 C metro 2 , por lo que tiene aproximadamente el mismo diámetro que un proyectil de artillería. Usamos el número de Avagadro y la masa atómica del hidrógeno () para convertir de iones a gramos. Ahora tenemos todo lo que necesitamos:

400 k metro s ⋅ 100000 C metro k metro ⋅ 5 i o norte s C metro 3 ⋅ 10 C metro 2 6 × 10 23 A tu gramo ⋅ 1 i o norte A tu ≈ 3 × 10 − dieciséis gramo s

Si solo fuera la masa lo que nos preocupara, sería casi nada. Pero esa masa también se convierte en energía; convirtiendo a k gramo y multiplicando por C 2 , esa es 0.3 W , una cantidad sorprendentemente cotidiana. Suponiendo que el proyectil está hecho de agua (que pesa alrededor de un kg), y la mitad de la energía se convierte en calor, eso calentaría la esfera por... 0.00004 ∘ C s . Entonces, tl; dr, ¡su proyectil es relativamente seguro en el medio interplanetario! Los artilleros probablemente tendrían que tener en cuenta la energía cinética creada, que esencialmente convertiría el proyectil en un motor de cohete débil que apunta en dirección opuesta al sol, pero presumiblemente las computadoras futuras pueden compensar eso con bastante facilidad. También es lo suficientemente dudoso que su efectividad a largas distancias pueda verse reducida durante el mal tiempo espacial, lo que puede aumentar la densidad del viento solar hasta veinte veces.

Obviamente, esto significa que los proyectiles también estarían bien en el espacio interestelar. Sin embargo, no se puede decir lo mismo de la atmósfera terrestre superior, que incluso a 300 km es aproximadamente 2 mil millones de veces más densa que el medio interplanetario. La atmósfera no se mueve tan rápido como el viento solar, por lo que la temperatura solo subiría aproximadamente, er, 2000 ∘ C s . El efecto cohete también sería mucho más poderoso y apuntaría hacia atrás en lugar de hacia el sol. Entonces, un proyectil lanzado tan cerca de la tierra se vaporizaría instantáneamente, probablemente enviando una ráfaga de antimateria directamente a la nave que lo disparó.

Respondiendo solo los puntos 2 y 3:

Proyectil de antimateria desnudo.

Tu antimateria chocará con una molécula de hidrógeno, se aniquilará en parte y se evaporará en parte; golpea otra molécula de hidrógeno, se aniquila en parte y se evapora en parte ... hasta que se destruye por completo o hasta que golpea su objetivo. La antimateria total que golpea la nave enemiga será una pequeña fracción de lo que realmente disparó, como un meteorito que atraviesa la atmósfera. Al igual que un meteoro, la cantidad de antimateria que queda y el daño que puede causar depende de la masa inicial y la composición de la antimateria. Dados los costos de producción de antimateria y la diferencia en "ganancia por dinero", tiene más sentido colocar una carcasa para la entrega.

Defensa de campo magnético.

Esto se contrarresta muy fácilmente fabricando la carcasa de material magnéticamente permeable. Ninguna parte del campo externo pasará. Por supuesto, debe asegurarse de que el campo de contención del interior no intente atravesar la carcasa en lugar de rodear la antimateria. Simplemente haga la carcasa más grande y su botella magnética más pequeña.

1) Estoy haciendo algunas inferencias aquí, pero la detonación sería en gran parte esférica sin importar qué tan rápido fuera, ya que la reacción energética resultante se propagaría cerca de la velocidad de la luz y lo que sea que contuvieras no aguantaría resistencia significativa a la explosión.

2) 10 kg de antimateria? Guau. Un gramo explotaría en el rango de las decenas de kilotones. 10 kg explotarían en el rango de cientos de megatones.

3) El dispositivo podría estar blindado. La mejor manera de sacar el dispositivo sería penetrar su contención con algún tipo de materia normal para forzar una detonación; existiría el inconveniente de esparcir antimateria sin reaccionar por toda la vecindad.

4) Probablemente no: un gas se dispersaría extremadamente rápido en el espacio, y sería poco probable que pusiera suficiente masa entre usted y el objetivo para evaporarlo.

Acerca de la pregunta 1: el efecto de carga con forma que estoy preguntando no se basa en la contención, sino en la velocidad de la materia normal y anti aniquilada en sí misma. Si, por ejemplo, un átomo de positronio se aniquila mientras viaja a 0,1c, tiene un impulso de dos masas de electrones * 30.000.000 m/s. Este impulso debe ser conservado durante la aniquilación. cada fotón lleva un impulso E/c, por lo que uno irradiado en paralelo a la velocidad original tiene que tener más energía que el otro.
Sobre la pregunta 4: ¿No es posible apagar el gas inmediatamente antes del impacto? ¿O usar plasma dirigido magnéticamente como 'lanzallamas' en la bala de antimateria?
@b.Lorenz Estoy infiriendo, ya que no puedo encontrar datos concretos sobre esto, que la liberación de energía sería mucho más rápida que 0.1c que las velocidades relativas iniciales no importarían mucho. Además, el efecto de la explosión de una bomba de antimateria de 10 kg sería tan enorme que la "conformación" no sería una preocupación importante, ya que vaporizaría todo en un radio de 10 a 20 km.
@b.Lorenz A la otra pregunta, no hay una forma segura de reaccionar con una gran cantidad de antimateria en un corto período de tiempo. Cada gramo de antimateria que extrajeras liberaría tanta energía como varias bombas de Hiroshima.
No dije que el primer escenario usa 10 kg de antimateria. (Es la idea de la babosa desnuda en la segunda pregunta la que juega con cantidades tan grandes) Probablemente una ojiva solo contenga algunos gramos. Y para la 4. pregunta. Aunque la aniquilación de la babosa de antimateria es bastante enérgica, ya que no hay onda de choque, las armas nucleares no son muy efectivas en el espacio. Las superficies pulidas pueden reflejar bastante energía radiada antes de vaporizarse. Por lo tanto, importará si la aniquilación ocurre a 1 o 100 metros de distancia, ya que reducirá la densidad de energía de la superficie en 10000 veces.
Digamos que explotas 1 gramo de antimateria con 1 gramo de materia a 1 km de un objetivo, con una liberación de energía resultante de 1,8 × 10 ^ 14 (de Wikipedia) en el punto de detonación, lo que da como resultado ~ 1,4 x 10 ^ 7 julios por m ^ 2 en el objetivo, que Wikipedia dice que se trata de la energía de un cañón antitanque más grande (probablemente no sea tan doloroso para su nave, pero probablemente querrá evitarlo). A 100 m, eso aumenta a 1,4x10^9 por metro cuadrado, lo que derretiría 5 pulgadas de placa de acero.

Permítanme centrarme en la pregunta #2.

El espacio interplanetario cerca de la Tierra no solo no es vacío, sino que se ve constantemente afectado por el viento solar. Mi predicción es que la macromasa de antimateria en el espacio cercano a la Tierra se sobrecalentaría y se desintegraría en pocos minutos. A 10 km/s, podría viajar unos miles de kilómetros. Y si alguna partícula de polvo considerable se cruza en su camino, se acabó el juego.

300 km sobre la Tierra es relativamente denso, por lo que le daría a esta masa no más de unos pocos segundos. Ni siquiera puede golpear la Tierra como un cuerpo sólido, aunque 10 kg detonados a esa altura pueden causar graves daños en el suelo.

El medio interestelar es otra cosa. Su densidad es muy baja y, lo que es más importante, el viento estelar es muy delgado. Mi predicción es que la antimateria puede viajar allí sin sobrecalentarse durante muchos días y posiblemente años.

Entonces, hay dos "tipos" de antimateria: plasma o partículas subatómicas cargadas (incluidos los positrones) y antielementos (¿y compuestos antiatómicos?). El material cargado tendría que estar contenido con campos magnéticos (o eléctricos) o con luz. Puede buscar la física de los colisionadores utilizados en todo el mundo, hacer un par de suposiciones sobre futuras mejoras tecnológicas en los campos magnéticos y calcular cuánto es probable que se contenga de esa manera. No es mucho. Olvidé cuánta masa tiene el LHC orbitando, es del orden de un gramo más o menos (iirc). Por lo tanto, no es probable que obtenga mucho en un misil de esa manera. Por otro lado, lleva algo de antihierro. Es bastante fácil calcular E=mc², la energía liberada cuando un átomo de hierro se aniquila con 30 (digamos) átomos de hidrógeno (el componente más grande del viento solar). Eso' No podrá desplegar una cantidad significativa de gas lo suficientemente rápido y alejarlo lo suficiente como para marcar la diferencia. Un campo magnético de fuerza estupenda (y actualmente técnicamente imposible) teóricamente podría usarse para desviar 'balas' subatómicas/microscópicas.

Inteligente. Pero el escudo de gas no está destinado contra el tipo 0.1c (1. pregunta), sino contra los más lentos (2. pregunta)
Problemas con el armamento de antimateria
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