Die Möglichkeiten unendlicher Energie?

Dies ist zufällig eines meiner Lieblingsthemen, weil ich eines der raffiniertesten Dinge in der Mathematik ansprechen kann: den Satz von Noether. Der Satz von Noether ist ein Satz, der auf sogenannte Lagrange-Systeme angewendet werden kann, die fast alles ausmachen, was wir für die Physik des Universums halten.

Der Satz von Noether besagt, dass es für jede Symmetrie (dh ein Merkmal, das sich unter einer Transformation nicht ändert) einen entsprechenden Erhaltungswert gibt. Tatsächlich führt die Zeitsymmetrie des Universums, die als "die Gesetze der Physik ändern sich nicht im Laufe der Zeit" ausgedrückt werden kann, explizit zur Energieerhaltung. Jedes System, das keine Energie spart, muss entweder nicht-Lagrange sein oder erfordert grundsätzlich, dass sich die Gesetze der Physik im Laufe der Zeit ändern!

Im Allgemeinen ist es nicht sinnvoll, zu viele Spiele mit nicht-Lagrange-Mechaniken zu spielen. Es sind einige Anpassungsfaktoren erforderlich, um die allgemeine Relativitätstheorie Lagrange zu machen, aber ansonsten hat die Lagrange-Mechanik das Gebiet der Physik dominiert, da sie die Newtonsche Bewegung stört (die aufgrund von Reibung nicht Lagrange ist, bis Sie den Energieverlust richtig einstellen).

Kein vernünftiger Wissenschaftler hat jemals vorgeschlagen, dass ein Perpetuum mobile möglich ist, geschweige denn eine fortwährende Erzeugung nutzbarer Energie mit irgendwelchen erdenklichen Mitteln (Anmerkung: Nullpunktenergie wird von der Wissenschaft als eine Energiequelle angesehen, aber nicht als nutzbare Energie, die nutzbar gemacht werden kann, und die Der Casimir-Effekt wird von vielen als das Ergebnis von QED allein und nicht von Vakuumenergiequellen vorhergesagt). Wenn Sie also eine solche Maschine benötigen, um Ihre Inseln mit Strom zu versorgen, entfernen Sie sich einfach vollständig von der Wissenschaft. Machen Sie das System stattdessen magisch und begrenzen Sie seine Magie auf fastgültige Physik, abgesehen von der geschmacklosen Tendenz, nutzbare Energie aus dem Nichts zu erzeugen. Identifizieren Sie alternativ eine unentdeckte Möglichkeit, viel Energie in kleinen Volumina zu speichern (wie Heinliens Shipstones). Dies kann Ihre unendliche Energie nicht erzeugen, aber wenn sie vorher eine Quelle mit einer beliebig großen endlichen Energiemenge zum Aufladen hätten, könnten sie lange genug halten.

Und wenn Sie die Berechnungen selbst durchführen, werden Sie feststellen, dass die Menge an Energie, die erforderlich ist, um eine Insel schweben zu lassen, selbst auf die ineffizienteste Weise, nicht einmal ein Tropfen auf den heißen Stein ist, verglichen mit der Energie, die in Sternen erscheint. Verdammt, wenn die Energie zum Schweben Ihrer Inseln ein Tropfen auf den heißen Stein für eine größere Energiemenge wäre, wäre dieser gesamte Eimer nicht einmal ein Tropfen auf den heißen Stein für das Energiebudget einer Sonne.

Was Sie verlangen, bezieht sich auf ein Perpetuum Mobile der zweiten Art und ist nach physikalischen Gesetzen unmöglich.

Einfach ausgedrückt, Energie kann weder erzeugt noch zerstört werden, sie kann nur von einem Ort mit hoher Energiedichte zu einem Ort mit niedriger Energiedichte bewegt werden, während ein Teil der bewegten Energie verwendet wird, um andere Arbeit in diesem Prozess zu leisten.

Obige einfache Erklärung bezieht sich auf alle Prozesse. Stell dir vor, du hast einen Fluss, du baust Turbinen in den Strom. Wasser auf hohen Böden hat eine höhere Energiedichte (potentielle Energie), Wasser auf niedrigen Böden hat eine geringere Energiedichte, normalerweise wird die Differenz durch Reibung und andere Prozesse abgebaut. Ihre Turbinen nehmen jedoch einen Teil der Energie und erzeugen den Strom, aber Sie können diese Energie nicht verwenden, um Pumpen anzutreiben, die Wasser zurück in die Höhe befördern würden. Die erzeugte Energie ist viel geringer als der Energieunterschied zwischen den Höhenniveaus. Sie müssen sich auf andere Prozesse verlassen, um Ihr hochgelegenes Reservoir wieder aufzufüllen. In diesem Fall verlassen Sie sich auf die Sonne, um Wasser zu verdunsten, das später kondensiert und als Regen fällt und Flüsse und Seen füllt. Gleiches gilt für sämtliche Prozesse.

Theoretisch können Sie mit reversiblen Prozessen eine Maschine haben, die sich ewig bewegen kann, ohne jedoch nützliche Arbeit zu leisten - umlaufende Planeten kommen sehr nahe, sie verlieren sehr wenig kinetische Energie und bewegen sich scheinbar für immer, aber wenn Sie etwas von dieser Energie dafür nehmen würden nützliche Arbeit, es würde den Planeten verlangsamen.

Abgesehen davon gibt es einige Lösungen, je nachdem, was Ihre Geschichte erfordert und wie "weich" Sie bereit sind, mit dem Sci-Fi-Aspekt umzugehen.

Erstens: Schweben. Schweben erfordert aktives Entgegenwirken der Gravitation, das ist schlecht, da es einen enormen Energieaufwand erfordert, wenn Sie dafür aktiv Motoren verwenden. Es ist großartig, wenn Sie das durch Umkreisen ersetzen können. Douglas Adams schrieb, dass Fliegen eine Kunst des Fallens und Verfehlens des Planeten ist. Es ist ein toller Witz, aber wenn man sich auf die Umlaufbahn bezieht, ist es völlig wahr - Sie fallen ständig, aber Ihre Vorwärtsgeschwindigkeit ist hoch genug, dass Sie die Erde "verfehlen" und im Weltraum bleiben. Wenn sie in der Atmosphäre schweben müssen, baue sie zu Zeppelinen - die Beschaffung von Wasserstoff als Ersatz für verlorenes Gas ist trivial im Vergleich zu anderen Problemen einer in sich geschlossenen Stadt.

Zweitens: Energie. Sie brauchen einen Energiespeicher, der normalerweise "Treibstoff" genannt wird, und Sie müssen Ihre Generatoren von Zeit zu Zeit "auftanken", das ist unvermeidlich, wenn Sie den halbharten Sci-Fi-Weg gehen wollen. Das Beste, was Sie tun können, um Wartung zu vermeiden, ist die Automatisierung. Hier sind einige wilde Ideen, die skaliert und relativ einfach von Roboterschiffen betankt werden können.

1. Auf Implosion basierende Fusion kann enorm skalierbar sein – man nehme mit Deuterium gefülltes Plastikpellet, erhitze es mit einem Laser, um es explosionsartig zu verdampfen, wodurch Deuterium implodiert und eine Fusion erzwungen wird. Es hat sich bewährt und soll theoretisch als tragbare Stromquelle funktionieren. Gehen Sie davon aus, dass dies auch mit Wasserstoff möglich ist, versorgen Sie Ihre Inseln mit Tokamaks oder einfach Hunderten von vergrößerten Generatoren und lassen Sie Ihre Menschen die äußeren Sonnenschichten nach Wasserstoff abbauen. Nicht unendlich, aber praktisch unbedenklich, es sei denn, Sie verbrauchen diese Energie für die Erschaffung von Materie und Antimaterie, um ganze Planeten zu bauen.
2. Es gibt einige Unbekannte in Bezug auf die CPT-Symmetrie, bei denen Sie wahrscheinlich Fehler und kleine Lügen verbergen könnten, die zu einer direkten Umwandlung von Materie in Energie führen, ohne dass Antimaterie erforderlich ist (Antimaterie kann nicht abgebaut werden, daher ist die Verwendung von Antimaterie als Brennstoff wie das Pumpen von Wasser stromaufwärts). Dies ist nicht einmal im Entferntesten theoretisiert, sodass Sie mit der Skalierbarkeit wild werden können, so oder so, Sie sind durch E = m * c ^ 2 eingeschränkt.
3. Verdampfung von Schwarzen Löchern. BH würde die Masse der Erde einen Ereignishorizont von nur 3 cm Durchmesser haben und langsam verdunsten. Je kleiner der BH, desto schneller gibt er Energie ab. Behaupten Sie, dass es eine "Sweet-Spot" -Größe gibt, in der BHs relativ lange leben und genug Energie abgeben, um als Energiequelle nützlich zu sein. Verwenden Sie Fusionsenergie oder ähnliches, um immer größere Objekte zum Kollabieren zu bringen, bis Sie die Sweet-Spot-Größe erreichen. Machen Sie die Sweet-Spot-Masse so, dass sie in der Größenordnung von Asteroidenmassen für Inseln und wenigen Kilogramm für persönliche Generatoren liegt, auf diese Weise haben Sie viel Treibstoff zur Hand. Warnung: Ich habe keine genauen Werte recherchiert und Sie sind sowieso immer noch durch E = m * c ^ 2 eingeschränkt.

Wenn Ihnen nichts davon gefällt, gehen Sie einfach "die Blackbox-Route" und lassen Sie Aliens oder wahnsinnige Genies erfinden. Die Menschen in Ihrer Welt müssen nicht verstehen, wie es funktioniert, um es zu replizieren - Sie brauchen kein Verständnis von Thermodynamik oder Chemie, um Automotoren zu bauen, wenn Sie Baupläne erhalten, aber Sie brauchen Thermodynamik, Chemie und vieles mehr, um es zu verbessern oder skalieren Sie es auf andere Weise, als mehr Zylinder hinzuzufügen. Geben Sie den Eigenschaften einige Grenzen, so dass dieses Gerät keine Antwort auf alle und alle Bedürfnisse sein kann, denn das würde eine langweilige Geschichte ergeben, und Sie können einige Geschichten haben, in denen Menschen versuchen, herauszufinden, wie sie Probleme mit mehr Energie lösen können, oder ihre Lösungen nacharbeiten müssen, wenn eines der Geräte ausfällt.

Die traditionelle Handbewegung, um Ihnen effektiv unbegrenzte Energie zu verschaffen (aber nicht unendliche Energie, die das Universum zerstören würde), besteht darin, zu sagen, dass sie auf der Extraktion von Nullpunktenergie basiert . Da niemand eine Ahnung hat, wie das gemacht werden könnte, kann niemand sagen, dass Sie es falsch machen.