Propiedades deflectoras de un campo de fuerza

Los tres tipos Un tipo de escudo

Denota tres tipos de escudos ¹ , describiéndolos por sus efectos:

1. 'Al instante' reduce la velocidad de los objetos entrantes a cero.
2. Acelera los objetos entrantes hacia el exterior.
3. Destruye objetos entrantes (y propulsando sus piezas hacia afuera)

Sin embargo, en realidad podemos describir los tipos 1 y 3 de manera que todos encajen en el tipo 2.

El tipo 1 reduce la velocidad de los objetos entrantes. Este cambio de velocidad es una aceleración hacia afuera, solo que muy rápida. Esto es exactamente lo que hace el Tipo 2.

El tipo 3 destruye un objeto e impulsa las piezas restantes hacia afuera . Igual que antes, tenemos un cambio de velocidad correspondiente a una aceleración hacia afuera, como el Tipo 2. La aceleración es tan grande que destruye dicho objeto.

Se podría decir que los tres de estos tipos usan el mismo mecanismo, solo que en diferentes magnitudes.

Advertencia de activación: palabras

(Si cree en mi palabra de que la conservación del impulso es una cosa, entonces puede omitir esta parte).

Voy a parafrasear un extracto de mi respuesta a la reflexión de la energía cinética :

La conservación de la cantidad de movimiento es el resultado de las tres leyes de Newton . Si definimos el momento como el producto de la masa de un objeto y su velocidad, podemos establecer las leyes de esta manera:

• Si no se aplica fuerza a un objeto, su velocidad (y por lo tanto el momento) no cambia.
• La velocidad a la que se agrega o se elimina el impulso de un objeto (tasa de cambio de masa por velocidad o masa por aceleración) es igual a la fuerza aplicada.
• Cuando dos objetos se aplican fuerzas entre sí, esas fuerzas (y, por lo tanto, los cambios en el momento de los objetos) son iguales y opuestas.

El resultado de todo esto es que el impulso es una cantidad conservada :

• Los objetos no pueden crear ni destruir impulso, solo intercambiarlo entre ellos.
• La cantidad de movimiento total de un sistema es constante cuando no se aplican fuerzas externas.

Si te ayuda, puedes pensar en el momento como una carga, donde la fuerza juega el papel de la corriente del momento. La diferencia crucial es que el impulso tiene una dirección que también se conserva.

Todos saben que Newton ha sido suplantado por Einstein, por lo que podría argumentar que podría haber una superfísica en la que las tres leyes y, por lo tanto, la conservación del momento, solo se cumplen como una aproximación. Sin embargo, hay un resultado muy importante en física llamado teorema de Noether . Básicamente establece que cada simetría espacial tiene una cantidad conservada asociada. En nuestro caso, esto significa que si las leyes de la física no cambian de un lugar a otro , entonces se debe conservar el impulso (la cantidad asociada con el movimiento) . (En la relatividad general, en realidad es el 4-momento que se conserva, que incluye la 'velocidad a través del tiempo' de un objeto; pero eso no es importante para esta discusión).

Protegido de la física

Podemos usar el mismo argumento de la reflexión de la energía cinética para mostrar que los tres tipos de escudos violarían la conservación del impulso. Básicamente, se reduce a: el escudo no cambia de velocidad, por lo que su impulso sigue siendo el mismo, sin embargo, el objeto que se aproxima sí cambia de velocidad, por lo que su impulso cambia. Dado que esos son los únicos dos objetos en el sistema, el momento total cambia, lo cual no es físico.

Forzándolo a trabajar

Para que los escudos sean posibles, tendremos que hacer un ajuste clave: el impulso del objeto se transfiere al generador de escudos. Desde aquí puede transferir el impulso a una gran masa, como la Tierra. (Esto es exactamente lo que hace una pared, transferir impulso al suelo a través de una corriente de impulso, es decir, una fuerza).

El resultado de esto es que necesitamos una forma para que el generador de escudos aplique una fuerza al objeto que quiere detener. Bueno, resulta que solo hay cuatro fuerzas para elegir:

• Fuerza gravitatoria: no es realmente una opción ya que aún no hemos resuelto la gravedad (¡aunque estamos trabajando en ello! ).
• Fuerza electromagnética: este es bastante prometedor, lo repasaré en detalle en solo un segundo.
• Fuerza fuerte: solo relevante en la escala de los núcleos atómicos. ² Decae exponencialmente con la distancia.
• Fuerza débil: solo relevante en interacciones entre ciertas partículas subatómicas. Como su nombre indica, es muy débil y también de corto alcance.

Parece que el único buen candidato es la fuerza electromagnética. Sin embargo, esto abarca la mayoría de las fuerzas con las que nos enfrentamos todos los días, por lo que debemos desglosarlo un poco:

• Campo cercano: esto incluye cosas como fuerzas interatómicas e intermoleculares.
• Campo lejano: interacciones de las ondas electromagnéticas con la materia.

¡Queremos interacciones de campo lejano, ya que queremos que el generador esté lejos de las cosas que está repeliendo!

Malditos rayos láser

Para entregar las grandes cantidades de energía requeridas a los objetos que queremos detener/destruir, vamos a necesitar algún tipo de onda electromagnética poderosa. Esencialmente acabamos de describir un láser.

El único problema es que los rayos láser no son burbujas. Esto es decepcionante, pero inevitable. Básicamente, no puedes tener algún tipo de fuerza o energía dando vueltas en algún lugar sin algo que la mantenga allí.

Esto significa que debemos disparar nuestros láseres exactamente en el momento adecuado para detener los objetos que se aproximan. Nuestro 'escudo' se ha convertido básicamente en un sistema de defensa puntual de energía dirigida.

Tenga en cuenta que aunque la luz lleva un impulso, en realidad no necesitamos aplicar un impulso externo para detener un objeto. El rayo láser vaporizará la superficie del objetivo y la diminuta explosión de plasma resultante empujará el objeto como un cohete. Esto es bueno para detener objetos con alta energía cinética pero poco impulso, como balas y misiles, pero será inútil contra objetos que se mueven lentamente o que pueden redirigir el impulso hacia el suelo (como un tanque rodando); "¡El escudo convierte el golpe rápido, admite el cuchillo lento!" . Hay algunas excepciones: algunas cosas van demasiado rápido para detenerlas , ³ mientras que la mayoría de los objetos que se mueven lentamente serán probablemente destruidos por sus rayos láser de alta energía.

_{¹ Voy a utilizar el término "escudo" en lugar de "campo" para distinguir el significado de ciencia ficción de "campo de fuerza" de las nociones matemáticas y físicas de "campo".}

_{² Aunque la cantidad de energía que aporta a los neutrones y protones es tan alta, les da casi el 99% de su masa (a través de$E=mc^2$)! Genial, ¿eh?}

_{³ Siempre me gusta señalar que el rastro brillante que ves detrás del proyectil no es propulsor: el proyectil está desintegrando el aire en plasma porque va muy rápido.}

Si está buscando un campo de fuerza físicamente preciso, el segundo modelo (desviación suave) es el más cercano a lo que obtendrá.

Un campo de fuerza del mundo real funcionaría (como su nombre lo indica) aplicando una fuerza a un objeto entrante, haciendo que se acelere en una dirección que se aleja del área protegida.

Debido a la incapacidad de generar gravedad repulsiva, un campo de fuerza del mundo real necesitaría actuar a través de medios eléctricos, magnéticos o electromagnéticos. Los objetos no magnéticos eléctricamente neutros (o aproximaciones razonables a los mismos, como un ser humano) pueden pasar libremente a través de dicho campo de fuerza; solo es útil para detener cosas como haces de partículas cargadas y proyectiles de metal, con un campo lo suficientemente fuerte como para detener a estos últimos que probablemente causen daños colaterales.

Ejemplos del mundo real de campos de fuerza serían los campos de confinamiento magnético utilizados en la investigación de física de partículas o, a gran escala, el campo magnético de la Tierra que actúa para desviar los vientos solares y la radiación cósmica.

El problema fundamental que tienes aquí es que no hay absolutamente nada en la física tal como la conocemos que permita generar un campo de fuerza.

Hay algunas cosas que podemos hacer, como campos magnéticos que funcionarán en ciertos materiales, pero un "escudo" universal que bloquee las cosas entrantes se basaría en alguna forma de física de la que en este momento no tenemos ningún concepto.

Dado que la parte más inexplicada de la física actual es la gravedad, entonces el lugar más probable en el que encontraremos una manera de hacer algo como esto será manipulando la gravedad. Imagine un campo que deforma el espacio-tiempo y hace que cualquier cosa que entre en él se doble, como un agujero negro pero al revés.

Al modular el efecto correctamente, obtendrá un resultado similar a un campo de fuerza. Funcionaría como su tipo 2, pero como han dicho las otras respuestas, en realidad el tipo 1 es solo el tipo 2 convertido en 11, y el tipo 3 es un tipo 2 convertido en 100.

Un campo de fuerza realista podría simplemente vaporizar todos los objetos entrantes, lo que se puede lograr mediante una fina capa de plasma de alta energía contenida por un campo eléctrico (editar: quiero decir, magnético). Sin embargo, el plasma brillará intensamente y es transparente, por lo que permitiría el paso de armas similares a las del láser (puede detener eso agregando algún tipo de capa fotocromática, o simplemente una capa opaca). Alternativamente, teóricamente podríamos deformar el espacio y hacer que el proyectil pase directamente a través de nosotros, desviarlo o hacerlo desaparecer en una singularidad. Este método también tendría la ventaja de ser invisible y también funciona para armas radiativas como los láseres.

Nota: La segunda opción no es posible con la tecnología actual, pero la primera sí lo es (aunque solo teóricamente, actualmente no es muy práctica).

Ablación laser

A escala planetaria, si no le importa causar mucho daño al objeto secundario, podría utilizar un conjunto de potentes láseres montados en satélites para impulsar el objeto lejos de una manera bastante eficiente. Desafortunadamente, esto debe hacerse desde una distancia considerable antes de que la radiación reflejada se vuelva no apocalíptica. A la mayoría le gusta la segunda opción.

fijación de flujo

Desde un punto de vista más pequeño, la fijación de flujo parece ser prometedora para muchas variantes más pequeñas o alternativas de tecnología de blindaje. Un método ( canibalizado de otra respuesta en algún lugar por aquí ) sería alinear placas superconductoras "pegadas" por bloqueo cuántico. Tal vez el objeto en cuestión podría simplemente rociarse con nanobots superconductores adhesivos. A la mayoría le gusta la primera opción.