¿Sería posible crear una máquina que (de manera segura) dividiera átomos y los reorganizara de manera diferente?

Actualmente estoy trabajando en una historia y tengo algunos interrogantes sobre la plausibilidad de una civilización.

Historia de fondo rápida: los humanos tuvieron que abandonar la Tierra hace unos miles de años por las razones clásicas. Dado que se encontraron dos planetas hospitalarios, la humanidad se dividió en dos partes, según su visión de cómo evitar destruir un planeta nuevamente. El planeta A recibió a quienes orientarían la tecnología hacia el desarrollo sostenible, y el planeta B a quienes rechazarían la tecnología por completo. Los primeros son la causa de mis dolores de cabeza. Me gustaría que hubieran inventado una forma de crear material a partir de cualquier sustancia a través del reordenamiento, no solo a nivel molecular sino también a nivel atómico. Esa máquina evitaría el desperdicio, al hacer que prácticamente todo sea reciclable. Básicamente, pones una libra de hierro dentro de la máquina, eliges convertirla en plomo, esperas el tiempo que sea necesario y luego te vas con una libra de plomo. ¿Sería eso plausible? ¿Cuáles serían las implicaciones y limitaciones?

Algunas ideas (que podría editar/agregar según las respuestas que obtenga):

  • No tengo ningún problema con que la máquina tenga millas y millas de largo/ancho si es necesario.

  • Podría haber uno en cada casa o solo uno en el planeta, ahí tampoco hay problema.

  • Idealmente, el enfoque sería una velocidad/capacidad. Dado que cualquiera podría usar eso, me gustaría que fuera lo más rápido y eficiente posible. Las personas podrían atenuar fácilmente sus demandas para adaptarse a las limitaciones de la(s) máquina(s), pero cuanto más rápido, mejor.

  • Al contar con supraconductores y captación de energía muy eficiente a través de dispositivos solares, la energía debe estar disponible en gran cantidad. ¿Sería incluso eso suficiente?

  • HAY magia en la historia, aunque hasta ahora solo en el otro planeta. Las implicaciones mágicas serían aceptables, pero preferiría que siguiera siendo plausible sin ellas.

    ¿Algo más de lo que deba preocuparme? Gracias.

Los costos de energía serían prohibitivos. Si tiene ese tipo de energía de sobra, ¿por qué no simplemente construir un cohete a un planeta cercano y extraerlo allí?
La idea sería evitar la minería de un planeta en bruto en un contexto de sostenibilidad primero.
En lugar de minar un planeta, ¿por qué no minar asteroides o lunas muertas? El costo de escapar de esos pozos de gravedad es significativamente menor y ya no sustentan la vida.
Quiero que esta sociedad viva en una utopía sin dinero, donde puedes obtener lo que necesitas simplemente tomándote el tiempo para hacerlo. ¿Quieres surfear? Reúna 30 libras de roca, o arroje su bicicleta vieja, y construya una tabla. Quiero que reciclen y reciclen y reciclen, permitiéndoles vivir con sus recursos indefinidamente. La minería no es una opción con respecto a dónde quiero que vaya la historia
Cíñete a la química molecular, entonces. Residuos de plomo en productos de plomo, chatarra de hierro en acero, como ya lo hacemos. Sistemas alimentados con energía solar/biomasa para realizar la separación y la refabricación. Lo que describiste anteriormente es alquimia.

Respuestas (1)

Voy a mantener esto en tierra y la única "magia" es el mecanismo de división de los átomos. Voy a mantener las leyes básicas del universo como la conservación de la energía y la equivalencia masa-energía. Básicamente, magia de "tecnología suficientemente avanzada" .

Hay algunas leyes físicas básicas que son importantes aquí:

  1. La energía no se crea ni se destruye .
  2. E=mc^2 : energía = masa por el cuadrado de la velocidad de la luz.
  3. Las leyes de la termodinámica .

¿Dónde obtendrá/pondrá toda esa energía?

Esa es la pregunta básica, básica de cualquier dispositivo de ciencia ficción: obtener la energía necesaria o disipar la energía de desecho producida.

Tanto la fisión como la fusión de átomos implican un ligero cambio de masa que a su vez libera o requiere una enorme cantidad de energía , dependiendo de lo que se esté burbujeando o fusionando. La masa es pequeña, pero el cuadrado de la velocidad de la luz es algo así como 9e16 m^2/s^2, que es un número muy grande y hay muchas partículas. 82 gramos de plomo contienen 6e23 átomos . Estos números se suman y se multiplican rápidamente.

Los átomos estables requieren energía para dividirse o fusionarse

La fisión y la fusión no siempre producen energía. Solo lo hacen cuando se pasa de una configuración menos estable a una configuración más estable. Por ejemplo, el helio es más estable que dos átomos de hidrógeno, por lo que la fusión solar produce energía.

Básicamente, pones una libra de hierro dentro de la máquina, eliges convertirla en plomo, esperas el tiempo que sea necesario y luego te vas con una libra de plomo.

Este es un ejemplo particularmente interesante. Has elegido dos de los átomos más estables del universo . Eso significa que tendrás que inyectar mucha energía para cambiarlos.

El hierro es el último elemento producido en la fusión estelar justo antes de que la estrella se convierta en supernova; el hierro es tan estable que incluso una estrella supergigante no puede fusionar el hierro en otra cosa. Para eso necesitas una supernova.

El plomo también es extremadamente estable . A diferencia del hierro, es el producto final de descomposición de muchos isótopos radiactivos . Por ejemplo, si comienza con un trozo de uranio 238 que decaerá (naturalmente en unos 4 mil millones de años) a torio 234. Después de aproximadamente un mes que decae a protactinio 234 durante aproximadamente un minuto, obtendrá uranio 235 por otros 200 000 años o asi que. Pasa alrededor de 70,000 años dando vueltas como torio, jugando como radio durante 1000 años, pasa unas vacaciones rápidas de 4 días como radón 222 y finalmente rebota entre varios isótopos de polonio, bismuto y plomo antes de finalmente aterrizar en plomo 206 para siempre .

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esos átomos son todos inestables, excepto el último Plomo 206. Cada paso de esa reacción, cada vez que el átomo burbujea o se fusiona espontáneamente, libera energía.

Debido a que el plomo y el hierro son tan estables, transformarlos en cualquier otra cosa absorberá una gran cantidad de energía. Fundir hierro o más grande es una pérdida neta de energía.

La fisión y la fusión necesitan superar fuerzas muy fuertes

No puedes simplemente entrar con un par de pinzas mágicas muy pequeñas y separar los átomos. Los átomos están extremadamente unidos entre sí.

La fisión es alejar una partícula del núcleo. El núcleo se mantiene unido por la fuerza fuerte que es, lo adivinaste, muy, muy fuerte, pero solo a distancias muy cortas. Es lo suficientemente fuerte como para mantener todos esos protones cargados positivamente, que quieren volar separados debido a la fuerza electromagnética , muy juntos.

La fisión debe superar la fuerza fuerte con mucha energía, como un neutrón zumbante que choca contra el núcleo, además de algo de suerte con la tunelización cuántica para saltar esa última brecha. Esto puede empujar el núcleo lo suficiente como para que una partícula se aleje lo suficiente como para que el electromagnetismo supere la fuerza fuerte y se vaya zumbando.

La fisión hace lo que quiere

No puedes sacar un montón de protones y neutrones del plomo hasta obtener hierro. Las cadenas de decaimiento de la fisión están bastante bien definidas y harán lo que quieran. Necesitarás encontrar una cadena que resulte en hierro o introducir más magia.

Fusion se comporta un poco mejor. Puede golpear helio en varias partículas para aumentar el peso. Las estrellas crean hierro de esta manera a través del proceso de combustión del silicio , una vez que terminan de fusionar el oxígeno y sucede a 3 mil millones de Kelvin. Y luego la onda expansiva del núcleo colapsado de la estrella choca contra ella. Así que estamos hablando de mucha energía y presión.

En Resumen: No Sin Mucho Handwavium

Lo que estás pidiendo es el replicador de Star Trek.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Y sí, es posible que use la fisión y la fusión nucleares para darle una taza de té a su capitán. Representa un abuso de energía y tecnología tan asombroso que incluso los escritores de Star Trek no pudieron manejarlo y comenzaron a introducir galeras en sus naves

Esta es la misma razón por la que no convertimos el plomo en oro, aunque podemos hacerlo. Si bien es técnicamente sostenible en el sentido de que no estamos extrayendo los restos de la supernova, es asombrosamente ineficiente a menos que tenga una tremenda fuente de energía... como un motor warp de antimateria. Pero incluso esa antimateria tiene que ser producida con energía de alguna parte, es como las baterías de alta capacidad de Star Trek que a veces estallan. Es mejor extraer los restos de la supernova, reciclar cuidadosamente los elementos y usar reacciones químicas simples y antiguas.

Por otra parte, todos usamos supercomputadoras móviles, una red de fibra óptica de alcance mundial y un sistema de posicionamiento satelital en órbita para mirar videos de gatos, jugar juegos y pedir pizza. Todo por $20/mes.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Aplauso lento Wow, gracias por la respuesta. Fue mucho más completo de lo que hubiera anticipado. Ya que ha sido de gran ayuda, me gustaría hacerle otra pregunta. Digamos que tienen acceso a algo mágico que crea o absorbe energía sin limitación. ¿Cuáles serían las dimensiones de tal máquina, en su estimación? Muchas gracias, por cierto. Esa fue una gran respuesta.
@Garnovski ¡Gracias! En cuanto a su otra pregunta, tratamos de desalentar demasiada discusión en los comentarios. Si quieres hacer otra pregunta, hazlo como otra pregunta. Cuando lo hagas, enlázalo aquí y le echaré un vistazo.
$20/mes para contratos móviles? deseo _ _
@Garnovski - Oh, por favor, ¿estás preguntando quién ganaría una pelea, un dragón o un unicornio? Si tienes un "lo que sea mágico", simplemente no hay forma de saber qué tan grande es, cuánto pesa o de qué color es. Es magia. No sigue reglas. es cumplimiento de deseos. Así que simplemente agite sus manos (o su varita) y haga lo que sea conveniente. Simplemente no lo llames ciencia, y no trates de diseñarlo.
@WhatRoughBeast ¡Vaya! Así no es como funciona WorldBuilding. Déjelos hacer su pregunta y veremos qué respuestas aparecen.
@Garnovski: Se requeriría una fuente/sumidero infinito para tener un volumen de aproximadamente 1 universo ;-). Y siempre pensé que los replicadores ST:TNG simplemente conectaban los átomos existentes en las moléculas requeridas, pero ¿realmente funcionaban a partir de partículas básicas en el canon? Dejando a un lado los requisitos de energía, me estremezco al pensar en el riesgo de cáncer, pero luego, no parecía importarles ser eliminados y reensamblados en otro lugar, solo para ahorrar un viaje corto.
@nzaman ST Replicators son incluso peores que eso, básicamente son pequeños transportadores. Están creando materia a partir de energía; recta E=mc^2. Esa taza de té de 300 g cuesta alrededor de 3e16 J o aproximadamente la energía de impacto de un meteorito de 50 m de ancho en la Tierra. Nunca hablan de lo que hacen con el vaso cuando terminan, ¿es el vaso de espuma de poliestireno del futuro? ¿Quizás la "materia" en el motor de materia/antimateria son todas las tazas de té? Este grave mal uso de la energía finalmente se convierte en un punto de la trama en Voyager.
¿Sería posible crear una máquina que (de manera segura) dividiera átomos y los reorganizara de manera diferente?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v