Raum atmen, mit oder ohne Anzug?

Wir schreiben viele Gleichungen wie z$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O$um die Verbrennung zu beschreiben, aber in Wirklichkeit ist es besser geschrieben$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \leftrightarrow 6CO_2 + 6H_2O$. Alle uns bekannten chemischen Reaktionen wirken in beide Richtungen. Die "Einbahnigkeit" einiger Operationen besteht lediglich darin, dass die Entropie unter bestimmten Umständen eine Richtung stark bevorzugt, so sehr, dass es bequem ist, sie als Einwegfahrt anzunähern.

Eine Kreatur, die die Physik verbiegen könnte, könnte die Situation so einrichten, dass es bequemer ist, dass die umgekehrte Gleichung auftritt. Dabei müsste er den Pfeifer bezahlen ... er müsste genug Energie in das System stecken, um diese Reaktion günstig zu machen (was so viel oder mehr Energie ist, als er aus der Reaktion gewonnen hat). Ein Charakter mit "unendlicher Energie" hätte damit keine Probleme ... buchstäblich überhaupt keine (na ja, ein kleines Epsilon an Schwierigkeiten). Solange Sie keine Materie verlieren, ist alles, was Sie tun, die Struktur neu zu ordnen.

Der lustige Teil ist Sandersons erstes Gesetz der Magie

Sandersons erstes Gesetz der Magie: Die Fähigkeit eines Autors, Konflikte mit Magie zu lösen, ist DIREKT PROPORTIONAL dazu, wie gut der Leser diese Magie versteht.

Das Gesetz von Sanderson passt gut zum Gesetz von Arthur C. Clarke: „Jede ausreichend fortgeschrittene Technologie ist von Magie nicht zu unterscheiden.“ In seinem Blog erklärt Sanderson, dass "Magie" wirklich jedes Handlungsinstrument ist, das nicht leicht zu erklären ist.

Ihre Herausforderung besteht darin, dem Leser die Magie der Raumfahrt so gut verständlich zu machen, dass Sie als Autor Figuren durch den Weltraum schicken können. Welches Konstrukt Sie sich auch immer vorstellen, es muss für den Leser verständlich genug sein, damit Sie damit durchkommen.

Während es zum Beispiel am effizientesten sein mag, dem Reisenden zu erlauben, Moleküle einfach nach Belieben zu zerlegen, lässt ein solches Verhalten den Leser verloren. Wenn der Reisende jedoch beispielsweise eine Miniaturrealität eines Sonnensystems, das er einmal besucht hat, komplett mit Sonnen und Bäumen nachbilden und mitnehmen kann, kann er sich darauf verlassen, dass dieses Ökosystem die Arbeit der Photosynthese für ihn erledigt. Die Leser verstehen unser Ökosystem, also können sie sich darauf beziehen.(Ein solches System wäre weniger energieeffizient als die Umwandlung von Rohmolekülen, aber das ist der Preis, den Sie für Magie zahlen, die die Leser verstehen ... und eine Kreatur mit unendlicher Energie wird keine großen Probleme haben). Er kann einfach seine "Energie" darauf verwenden, die Miniatursonne am Brennen zu halten, was in den Augen des Lesers viel einfacher ist, weil die Sonne unkontrollierter ist. Die Erzeugung von Sauerstoff Atom für Atom würde ein hohes Maß an Kontrolle und Feingefühl erfordern.

Wenn der Reisende einen Fehler hat, könnte dies auch zu Plotgeräten führen. Überlegen Sie, was passieren würde, wenn er die Kontrolle über diese Miniaturrealität verlieren würde. Könnte die Sonne eine Nova werden? Könnte er die Biologie zufällig von einem Planeten zum anderen bringen? Wie würde der Reisende seine Reisepläne ändern, um einen Fehler zu vermeiden? Vielleicht entlässt er aktiv die Bäume und die Sonne, lange bevor er auf dem Planeten ankommt, und hält im Grunde den Atem für die paar Millionen Meilen an. Dies könnte einen potenziellen Handlungspunkt schaffen, wenn er abgefangen würde, nachdem er seine Lebensquelle entlassen hatte.

Was könnte passieren, wenn wir Teil dieser Miniaturrealität wären und er uns entlassen würde, bevor er sein Ziel erreicht?

Wenn sie über unbegrenzte Energie und fortschrittliche Technologie verfügen, können sie Materie erschaffen. Dies ergibt sich aus der Masse-Energie-Äquivalenz . So können sie Sauerstoff produzieren oder was auch immer sie brauchen.

Die aktuelle Technologie ist noch nicht ganz da, aber auf dem Weg .

Lassen Sie sie ihre Körper ändern, damit sie keine Abfälle ausstoßen. CO2 gelangt in ihren Körper, wo einigen Chloroplasten Licht zugeführt wird, um es wieder in O2 umzuwandeln.

Mit dem richtigen Design brauchen Sie nicht einmal die magischen Kräfte - nur etwas gute Gentechnik. Und natürlich Sonnenlicht oder Stromzufuhr.

Laut dieser Chemistry.SE-Antwort werden „etwa 94 k-cal Energie pro Mol benötigt$CO_2$(ca. 44g)" umzurechnen$6CO_2 + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.

Unter der Annahme einer unbegrenzten Energie, um diese Reaktion anzutreiben, und eines ausreichend großen Wasservorrats, wäre es einfach, die Sauerstoffblase zu erneuern, indem überschüssiges Kohlendioxid in Glukose (oder einen verwandten Zucker ) und mehr Sauerstoff umgewandelt wird.

Wie groß ist „groß genug“? Wir brauchen gleiche Mengen an$CO_2$und$H_2O$für diese Reaktion. Diese Antwort von Biology.SE schätzt, „dass wir mit jedem Atemzug 18 mg aufnehmen$O_2$(1,1 mmol) und wir setzen 36 mg frei$CO_2$(1,2 mmol) plus 20 mg$H_2O$(1,1 mmol).“ Um also eine Verlangsamung zu vermeiden$CO_2$Aufbau, müssen wir zusätzliche 0,1 mmol Wasser pro Atemzug mitbringen (und wenn wir das gesamte Wasser bei dieser Umwandlung verbrauchen, würde die Luft wirklich trocken werden, also ist etwas zusätzliches Wasser gut). Ein Mol Wasser entspricht ~18 g (oder ~18 ml), also wären 0,1 mmol ~1,8 mg (oder ~1,8 Mikroliter). Bei 15 Atemzügen pro Minute (am oberen Ende des durchschnittlichen Ruhebereichs) würde eine 1-Liter-Flasche Wasser für eine ganze Weile ausreichen.

$\frac{1.8{\mu}L \text{ water}}{1 \text{ breath}}\times\frac{15\text{ breaths}}{1\text{ minute}}\times\frac{1440\text{ minutes}}{\text{day}}\times\frac{1\text{ bottle}}{1L=1,000,000{\mu}L\text{ water}}=\frac{0.03888\text{ bottles}}{\text{day}}\rightarrow\frac{25.72\text{ days}}{\text{bottle}}$

Dies setzt natürlich keine weiteren Anforderungen (wie Essen, Wasser zum Trinken usw.) voraus und geht überhaupt nicht auf die Länge der Reise ein. Aber mit unbegrenzter Energie ist es sehr einfach, Ihre Luft zu recyceln.

Die einfache thermodynamische Antwort lautet:

Sie benötigen so viel Energie (in umgekehrter Richtung), um CO2 in O2 umzuwandeln, wie Sie bei der Umwandlung von O2 in CO2 erhalten haben.

Ich muss zugeben, dass ich weder weiß, wie hoch diese Zahl ist, noch welche biologische Rolle die Atmung wirklich spielt (ist sie für den Energieaustausch? Oder um andere Reaktionen zu katalysieren?), aber da wir den größten Teil unserer Energie aus der Nahrung beziehen, denke ich, dass es so ist eher letzteres, also ... sie könnten einfach ein bisschen mehr essen und etwas von dieser Energie verwenden, um damit fertig zu werden. Bedenken Sie, dass es ungefähr so ​​wäre, als würde man doppelt so stark atmen wie normal.

Wie andere gesagt haben, ist dies bei ausreichender Energie trivial. Entfernen Sie einfach den Kohlenstoff aus dem CO2 und schon kann es losgehen.

Allerdings gibt es noch ein weiteres Problem: Hitze. Da sie unendlich viel Energie zur Verfügung haben, mache ich mir keine Sorgen, dass sie zu kalt sind, aber wie gehen sie mit dem gegenteiligen Problem um? Es fällt mir schwer, mir bei dieser Reaktion so etwas wie 100% Effizienz vorzustellen.

Ohne Anzug ist die Person dem Vakuum des Weltraums ausgesetzt. In Abwesenheit von Druck kocht ihr Blut, wenn die in ihrem Blut gelösten Gase in einen gasförmigen Zustand zurückkehren. Es bilden sich Blutgerinnsel und die Person stirbt innerhalb weniger Minuten einen ziemlich qualvollen Tod.

Wenn sie das aus irgendeinem Grund nicht sofort tötet, sterben sie an der Strahlenbelastung, wenn sie sich in der Nähe einer Sonne befinden, weil sie die Erdatmosphäre und das Magnetfeld nicht haben, um diese abzulenken oder zu absorbieren. Ein Großteil der Gründe, warum aktuelle Astronautenanzüge, die außerhalb des Raumfahrzeugs getragen werden, so dick sind, ist die Strahlenabschirmung.

Ihr anzugloser Raumfahrer braucht möglicherweise eine Physiologie, die Sauerstoff einflößt und CO2 auf andere Weise als durch Gasübertragung entsorgt, um in einem Vakuum zu überleben, oder vielleicht eine harte Außenhülle, damit er im Inneren ein wenig Druck aufrechterhalten kann, um Blut in seinen Strom zu lassen Form existieren, ohne zu kochen.

Was die Strahlung angeht ... vielleicht könnte die harte Schale auch als Strahlungsschild dienen, aber jetzt sehen Ihre Leute aus wie Ben Grimm von den Fantastischen Vier. Ein bisschen knusprig ... sollten Sie vielleicht romantische Nebenhandlungen vermeiden.

Vielleicht könnten sie ein persönliches Kraftfeld tragen, wie der Blaster, der persönliche Schilde ablenkt, die in Asimovs Foundation-Serie getragen werden. Dies war nur ein Gürtel, den eine Person trug ... der eigentliche Schild, der die Person umgab, war unsichtbar. Das könnte sowohl Strahlung ablenken als auch als Druckbehälter fungieren, sodass ein normaler Mensch im Weltraum keinen Anzug benötigen würde.

Darauf gibt es zwei nicht magische Antworten, sodass Sie es für das nehmen können, was es wert ist, und es an Ihre Bedürfnisse anpassen können.

1. Pflanze-Mensch-Symbioten. Die Idee ist, im Wesentlichen die Ökologie des geschlossenen Kreislaufs der Erde zu schaffen, sie aber so weit wie möglich herauszunehmen und zu vereinfachen. Zumindest ist der Mensch in einer Pflanze eingeschlossen, und die Pflanze ernährt sich von den menschlichen Abfallprodukten (Fäkalien, Urin und CO2). Die Pflanze nutzt die verfügbare Sonnenenergie, um diese Stoffe durch Photosynthese abzubauen und führt dem Menschen ihre „Abfallprodukte“ (O2, Zucker und Kohlenhydrate) wieder zu.

Leben in einem Weltraumgarten

Die Anlage müsste speziell angepasst werden, um sich selbst gegen das Vakuum des Weltraums abzudichten und gleichzeitig die Sonnenenergie im Inneren zuzulassen, um die Ökologie zu betreiben. Auf der Erde braucht es etwa einen halben Hektar Land, um eine Person mit ausreichend Nahrung zu versorgen, daher ist es wahrscheinlich sicher anzunehmen, dass eine ähnliche Menge an Sonnenkollektorfläche benötigt wird, um den Symbionten im Inneren zu versorgen.

2 Verrückter Wissenschaftler. Alexander Bolonkin hat ein Papier veröffentlicht, das im Wesentlichen darauf hindeutet, dass einem Menschen das Äquivalent einer Herz-Lungen-Maschine implantiert werden könnte. Der Cyborg müsste dann nur die Außenhaut gehärtet genug haben, um Vakuum und Sonneneinstrahlung zu widerstehen (Sie würden einen ziemlich bösen Sonnenbrand im Weltraum bekommen), und ein paar andere chirurgische oder gentechnische Modifikationen, um den Körper zum Vakuum zu schließen (dh zu verhindern Feuchtigkeit und Gase können den Körper nicht durch natürliche Öffnungen verlassen Dies ist ein ziemlich extremer Cyborg, und Themen wie Energie- und Materialspeicherung werden nicht allzu tiefgehend behandelt.

Um eine dieser Ideen in Magie umzuwandeln, ist eine Art Handbewegung des Autors erforderlich. Vielleicht muss die Person über ein Wurmloch oder ein magisches Übertragungssystem mit einem Viertel Acre kultiviertem Ackerland in Kontakt sein, um einen Vorteil daraus zu ziehen, Teil eines bereits bestehenden Ökosystems zu sein. Vielleicht tun sie dasselbe in einem Krankenhaus, um an die richtige Maschinerie angeschlossen zu werden, um im Weltraum zu überleben.

Du hast unendliche Energie.

Wenn Sie etwas genug erhitzen, wird es in seine Bestandteile zerlegt.

Wenn die Co2-Konzentration hoch genug wird, beschleunigen Sie schnell genug, um das Co2 auf den „Boden“ der Blase zu drücken.

Trennen Sie die Abschnitte Ihrer Blase, um zwei Blasen zu bilden, und schließen Sie den Großteil des CO2 ab.

Verwenden Sie Ihre unendliche Energie, um die Ansammlung von Gasen in der Co2-Blase auf unglaublich hohe Temperaturen zu erhitzen.

Formen Sie die Co2-Blase zu einer Scheibe und drehen Sie sie beim Erhitzen sehr schnell. Verwenden Sie "Magie", um den schwereren Kohlenstoff herauszuschleudern, und lassen Sie ihn einfach im Weltraum.

Dies hat den narrativen Vorteil, dass keine 20 Absätze zur Erklärung von Gasgemischen oder Photosynthese erforderlich sind, und außerdem würde eine sich drehende Scheibe aus überhitztem Gas wahrscheinlich höllisch cool aussehen.