Ich werde dies geerdet halten und die einzige "Magie" ist der Mechanismus der Atomspaltung. Ich werde die Grundgesetze des Universums wie die Energieerhaltung und die Masse-Energie-Äquivalenz beibehalten. Grundsätzlich "ausreichend fortschrittliche Technologie" magisch .

Es gibt ein paar grundlegende physikalische Gesetze, die hier wichtig sind:

1. Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden .
2. E=mc^2 : Energie = Masse mal Quadrat der Lichtgeschwindigkeit.
3. Die Gesetze der Thermodynamik .

Wo werden Sie all diese Energie bekommen/stecken?

Das ist die grundlegende, grundlegende Frage jedes Sci-Fi-Gadgets: entweder die notwendige Energie zu erhalten oder die erzeugte Abfallenergie abzuführen.

Spaltung und Verschmelzung von Atomen beinhalten beide eine geringfügige Massenänderung, die wiederum eine enorme Menge an Energie freisetzt oder erfordert , je nachdem, was gezischen oder verschmolzen wird. Die Masse ist klein, aber das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit ist ungefähr 9e16 m^2/s^2, was eine sehr große Zahl ist, und es gibt viele Teilchen. 82 Gramm Blei enthalten 6e23 Atome . Diese Zahlen summieren sich schnell.

Stabile Atome benötigen Energie, um sich zu spalten oder zu verschmelzen

Spaltung und Fusion erzeugen nicht immer Energie. Sie tun dies nur, wenn sie von einer weniger stabilen Konfiguration zu einer stabileren Konfiguration wechseln. Helium ist beispielsweise stabiler als zwei Wasserstoffatome, sodass durch Sonnenfusion Energie erzeugt wird.

Im Grunde genommen geben Sie ein Pfund Eisen in die Maschine, entscheiden sich, Blei daraus zu machen, warten so lange wie nötig und gehen dann mit einem Pfund Blei davon.

Dies ist ein besonders interessantes Beispiel. Sie haben zwei der stabilsten Atome des Universums ausgewählt . Das bedeutet, dass Sie viel Energie aufwenden müssen, um sie zu ändern.

Eisen ist das letzte Element, das bei der Sternfusion produziert wird, kurz bevor der Stern zur Supernova wird; Eisen ist so stabil, dass selbst ein Superriesenstern Eisen nicht mit etwas anderem verschmelzen kann. Dafür braucht man eine Supernova.

Blei ist zudem äußerst stabil . Im Gegensatz zu Eisen ist es das letzte Zerfallsprodukt vieler radioaktiver Isotope . Wenn Sie beispielsweise mit einem Stück Uran 238 beginnen, das (natürlich in etwa 4 Milliarden Jahren) zu Thorium 234 zerfällt. Nach etwa einem Monat, das etwa eine Minute lang zu Protactinium 234 zerfällt, erhalten Sie Uran 235 für weitere 200.000 Jahre oder So. Es verbringt ungefähr 70.000 Jahre damit, als Thorium herumzualbern, 1000 Jahre lang als Radium herumzualbern, verbringt einen kurzen 4-tägigen Urlaub als Radon 222 und hüpft schließlich zwischen verschiedenen Isotopen von Polonium, Wismut und Blei herum, bevor es schließlich für immer auf Blei 206 landet .

Diese Atome sind alle instabil, außer dem letzten Blei 206. Jeder Schritt dieser Reaktion, jedes Mal, wenn das Atom spontan zischt oder verschmilzt, setzt Energie frei.

Da Blei und Eisen so stabil sind, wird ihre Umwandlung in irgendetwas anderes eine enorme Menge an Energie verbrauchen. Das Schmelzen von Eisen oder größer ist ein Nettoenergieverlust.

Spaltung und Fusion müssen sehr starke Kräfte überwinden

Sie können nicht einfach mit einer winzigen magischen Pinzette hineingehen und Atome auseinanderziehen. Atome sind extrem eng miteinander verbunden.

Spaltung schlägt ein Teilchen vom Kern weg. Der Kern wird durch die starke Kraft zusammengehalten, die, Sie haben es erraten, sehr, sehr stark ist, aber nur auf sehr kurze Distanzen. Es ist stark genug, um all die positiv geladenen Protonen, die aufgrund der elektromagnetischen Kraft auseinanderfliegen wollen , dicht aneinander gepackt zu halten.

Die Spaltung muss die starke Kraft mit viel Energie überwinden, wie ein sausendes Neutron, das in den Kern schlägt, plus etwas Glück mit Quantentunneln , um diese letzte Lücke zu überspringen. Dies kann den Kern so weit anstoßen, dass ein Teilchen weit genug entfernt wird, damit der Elektromagnetismus die starke Kraft überwinden kann, und es saust davon.

Spaltung macht was sie will

Sie können nicht einfach ein paar Protonen und Neutronen von Blei abziehen, bis Sie Eisen erhalten. Spaltungszerfallsketten sind ziemlich gut definiert und werden tun, was sie wollen. Sie müssen eine Kette finden, die zu Eisen führt, oder mehr Magie einführen.

Fusion ist ein bisschen besser erzogen. Sie können Helium in verschiedene Partikel schlagen, um das Gewicht zu erhöhen. Sterne erzeugen auf diese Weise Eisen durch den Siliziumverbrennungsprozess , sobald sie mit der Verschmelzung von Sauerstoff fertig sind und dies bei 3 Milliarden Kelvin geschieht. Und dann schlägt die Druckwelle aus dem kollabierenden Kern des Sterns hinein. Wir sprechen also von viel Energie und Druck.

Zusammengefasst: Nicht ohne viel Handwavium

Was Sie verlangen, ist der Star Trek-Replikator.

Und ja, es ist möglich, dass Sie Kernspaltung und Kernfusion verwenden, um Ihrem Kapitän eine Tasse Tee zu bringen. Dies stellt einen so erstaunlichen Missbrauch von Energie und Technologie dar, dass selbst die Autoren von Star Trek damit nicht umgehen konnten und anfingen, Galeeren einzuführen ihre Schiffe.

Das ist der gleiche Grund, warum wir Blei nicht in Gold verwandeln, obwohl wir es könnten. Obwohl es technisch nachhaltig ist, da wir die Überreste einer Supernova nicht abbauen, ist es erstaunlich ineffizient , es sei denn, Sie haben eine enorme Energiequelle ... wie einen Antimaterie-Warp-Antriebsmotor. Aber selbst diese Antimaterie muss irgendwo mit Energie erzeugt werden, es ist wie mit den Hochleistungsbatterien von Star Trek, die manchmal explodieren. Es ist besser, die Überreste der Supernova abzubauen, die Elemente sorgfältig zu recyceln und einfache alte chemische Reaktionen zu verwenden.

Andererseits verwenden wir alle mobile Supercomputer, ein globales Glasfasernetz und ein umlaufendes Satellitenpositionierungssystem, um Katzenvideos anzusehen, Spiele zu spielen und Pizza zu bestellen. Alles für $20/Monat.