Wie gehen die Bewohner einer Dyson-Sphäre ohne Schwerkraft zurecht? [abgeschlossen]

Es ist allgemein bekannt, dass, weil die Gravitationsanziehung an einem Punkt im Inneren einer hohlen Schale Null ist, sie durch die Anziehung von allen anderen Punkten im Inneren aufgehoben wird.

Hier ist eine Wikipedia-Seite zu diesem 'Shell Theorem' , die es vielleicht besser erklärt.

Eine Dyson-Kugel ist ein Beispiel für eine dieser Hohlkugeln. Ich habe keine Belletristik gelesen, die darauf basiert, aber plötzlich bin ich interessiert; Wie würde ein solches Gerät funktionieren (hauptsächlich zum Wohnen) und wie wurde es dargestellt? Wird dieses Gravitationsproblem meistens ignoriert oder gibt es clevere Wege, es zu umgehen? Die einzige Möglichkeit, die ich erklärt fand, besteht darin, die Kugel so zu drehen, dass der Äquator eine Pseudo-Gravitationskraft erfährt. Dies ist die Seite, die ich zu diesem Thema am meisten gelesen habe.

Ist diese Rotationslösung die einzige, die in der Science-Fiction-Literatur verwendet wird, oder gibt es andere Methoden? Welche Methode hat Dyson verwendet?

Das Schalentheorem besagt, dass die Dyson-Kugel keine Körper im Inneren anzieht. Sie haben immer noch die Schwerkraft von der Sonne im Zentrum. Dies betrifft wiederum nicht die Sphäre, aber alles andere, sodass die Bewohner weiterhin von der Sonne angezogen werden.
Ich kann mich nicht entscheiden, ob dies eher eine Physikfrage (off-topic) oder eine Listenfrage (immer noch off-topic) ist.
@KyleJones: „Welche Methode hat Dyson verwendet?“ Weder Physik- noch Listenfrage.
@bitmask Welche Methode Dyson verwendet hat, ist immer noch kein Thema, da Dyson ein mathematischer Physiker ist, kein SF-Autor, und so sprechen wir bestenfalls immer noch über Physik, die von Fantasy und SF getrennt ist. Und die Antwort ist leicht zu finden, wenn man sich den Wikipedia-Artikel über Freeman Dyson ansieht, also ist diese Frage ziemlich einfach, selbst wenn sie zum Thema gehört.
Dyson selbst gab zu, dass er das Konzept nicht weit genug durchdacht hatte, nachdem er Ringworld von Larry Niven gelesen hatte.
Entschuldigung, aber Sie haben die Theorie falsch verstanden; "Keine Netto-Schwerkraft wird von der Hülle auf irgendein Objekt im Inneren ausgeübt". All dies bedeutet, dass das Vorhandensein einer Dyson-Hülle um einen Planeten keine Gravitationswirkung auf die Bewohner des Planeten haben wird.

Antworten (6)

Es gibt mehrere mögliche Vorgehensweisen.

Umgehe das Problem. Einige Bücher finden Verwendungen für Dyson-Kugeln, die keine innere Schwerkraft erfordern. Einige Beispiele hierfür sind:

  • Wenn Ihre Dyson-Sphäre tatsächlich ein Matrioshka-Gehirn ist (wie in Accelerando von Charles Stross), brauchen Sie keine Schwerkraft. Die Berechnung funktioniert gut in Zero-G.
  • Die ausreichend fortgeschrittenen Außerirdischen in John Scalzis Old Man's War- Büchern verwenden eine Dyson-Kugel, um einen Schild um ihren Heimatplaneten anzutreiben, sodass die Schwerkraft wieder irrelevant ist.
  • Farthest Star von Frederik Pohl und Jack Williamson hat eine Dyson-Sphäre, in der die Außenseite bewohnt ist. Das Shell-Theorem gilt also nicht, und die Bewohner erfahren (eine sehr geringe Menge an) Schwerkraft von der Sonne und der Kugel selbst.
  • Mir fallen im Moment keine Beispiele ein, aber es gibt mit ziemlicher Sicherheit Bücher, in denen Menschen einfach eine Null-G-Umgebung in einer Dyson-Sphäre bewohnen. Das Problem dabei ist die Atmosphäre – das Pumpen der gesamten Kugel mit atembarer Atmosphäre führt zu verrückten Dingen, die in der Nähe der Sonne passieren, aber wenn keine Gravitation vor sich geht, gibt es keinen offensichtlichen Weg, die Atmosphäre nahe der Oberfläche und von der Sonne fernzuhalten.

Ignorieren Sie das Problem. An diesem Punkt schreiben Sie nicht mehr wirklich harte Science-Fiction, aber dies ist ein möglicher Ansatz.

  • Weis und Hickmans Death's Gate- Bücher haben eine Dyson-Sphäre in einer Fantasy-Umgebung, die eine völlig unerklärliche Schwerkraft hat.

Erstellen Sie eine Gravitationsquelle. Das Drehen der Kugel ist ein Ansatz, dies zu tun, aber es gibt noch andere.

  • Die Berserker-Bücher von Fred Saberhagen haben eine Dyson-Kugel, in der die Sonne im Zentrum gravitationsabweisend ist, was genau zu dem Verhalten führt, das Sie intuitiv auf der Oberfläche der Kugel wünschen.
  • Wenn Sie eine Dyson-Kugel in einem Universum mit vier räumlichen Dimensionen hätten, könnten Sie sie so drehen, dass die gesamte Oberfläche eine gleichmäßige Pseudogravitation erfährt. Mir ist kein Buch bekannt, das dies tut (und im Gegensatz zu dem anderen Aufzählungspunkt "Ich kann mich nicht erinnern", bin ich mir sicher , dass ich mich erinnern würde, wenn ich eines lesen würde).
Wird dies nicht normalerweise dadurch erklärt, dass sich die Kugel mit unglaublicher Geschwindigkeit dreht? Deshalb sind die Pole meist unbewohnbar.
Wenn Sie einen Weg finden, die Kugel in Position zu halten, sollte sowohl von der Sonne als auch von der Kugel eine ausreichende Schwerkraft ausgehen, wenn Sie außerhalb davon leben. Wenn die Kugel in Schichten aufgebaut ist, würde jede Schicht die Schwerkraft sowohl von der Sonne als auch von den Schichten näher am Kern erproben. Eine Dyson-Kugel wird theoretisch benötigt, um die gesamte Energie einer Sonne zu ernten. Es ist eine Menge verschwendeter Aufwand, wenn nicht 100% der Innenwand mit Solarmodulen bedeckt sind, oder?
@GorchestopherH: Ich denke, das stimmt oft; Da die Frage bereits Rotation erwähnte, lese ich die Frage so, als suche ich nach anderen Möglichkeiten, sie zu erklären.
@Dungarth: Wenn sich die Kugel in einer erdähnlichen Entfernung von der Sonne befindet, gibt die Sonne ihrer Außenseite einen winzigen Bruchteil der Schwerkraft der Erde ab. Da die Sonne den größten Teil der Masse des Sonnensystems enthält, besteht die einzige Möglichkeit, erdähnliche Schwerkraft auf der Außenseite einer Dyson-Kugel in einem erdähnlichen Abstand von der Sonne zu erreichen, darin, einige tausend Sonnensysteme zu zerlegen.
@Micah Warum genau würdest du eine erdähnliche Entfernung von der Sonne annehmen? Das nähere Platzieren der Kugel löst nicht nur das Gravitationsproblem, sondern erfordert auch exponentiell weniger Material ...
@Dungarth: Weil sonst die Oberfläche der Schale unbewohnbar heiß wäre. Tatsächlich wäre es wahrscheinlich angenehmer, auf einer 2-AE-Hülle zu leben als auf einer 1-AU-Hülle. Sie erhalten Ihre gesamte Sonnenstrahlung direkt statt in zufälligen Winkeln, sodass Sie viermal so viel davon pro Flächeneinheit erhalten.
@Dungarth Die Temperatur der Kugel (sowohl innen als auch außen) hängt von der thermischen Kopplung zum Außenraum ab. Trotzdem können wir immer noch einen Bereich einstellen, weil die größtmögliche Strahlungskopplung ein schwarzer Körper ist. Alternativ, wenn die Sonnenkollektoren teilweise reflektierend wären, würde es ihnen erlauben, jeden gegebenen Radius mit jeder gegebenen Temperatur zu existieren. Dies würde jedoch den Stern selbst erhitzen, wodurch die Strahlung UV und möglicherweise unbrauchbar würde. Interessanterweise könnte diese Methode die Fusion in kleineren Körpern zünden.
@Micah Warum nimmst du an, dass du im Inneren der Hülle leben würdest? Jeder Wohnbereich, der auf der Innenseite der Hülle gebaut ist, macht diesen Bereich weniger effizient beim Sammeln von Sonnenenergie. Eine kleinere und dickere Hülle, in der Sie durch die Schichten (oder an der Außenseite) leben, löst alle Wärme- und Strahlungsprobleme (ich würde annehmen, dass eine Zivilisation, die in der Lage ist, eine Dyson-Kugel zu bauen, Zugang zu nahezu 100% effizienten Sonnenkollektoren hätte und dies auch tun würde in der Lage sein, die überschüssige Wärme für mehr Energie zu nutzen) sowie für eine geeignete Schwerkraft zu sorgen.
@Dungarth: Ich nehme nicht an, dass Sie im Inneren der Hülle leben würden; Ich nehme an, Sie würden draußen leben (weil Sie das geschrieben haben). Sofern Sie nicht auch gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verstoßen, muss Ihre Schale mindestens eine Mindestgröße haben, um zu vermeiden, dass sie durch die Abwärme Ihrer Energiegewinnungsaktivitäten gekocht wird. (Und wenn Sie eine Möglichkeit haben, den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zu verletzen, brauchen Sie keine Dyson-Hülle, um Energie zu sammeln, da Sie degenerierte Dinge tun können, wie Ihre Zivilisation mit ihrer eigenen Abwärme zu betreiben.)
Eine weitere Option: Verkleiden Sie das Innere mit Sonnenkollektoren, um Ihre Zivilisation mit Strom zu versorgen, und bauen Sie Wohnquartiere in sich drehenden Lebensräumen in den Körper der Hülle ein.
Eine andere Option: Machen Sie die Hülle mit einer ausreichend hohen Masse, um ein Gravitationsfeld zu erzeugen.
@Broklynite: Es gibt einfach nicht genug Materie. Sie brauchen ungefähr 5 * 10 ^ 8 Erdmassen, um eine erdähnliche Schwerkraft zu erreichen. Das Gesamtgewicht des Sonnensystems beträgt etwa 3 * 10^5 Erdmassen. Entweder bringen Sie also Materie aus den nächsten tausend umliegenden Sonnensystemen mit oder Sie haben einen magischen Massengenerator (an diesem Punkt wäre eine Dyson-Kugel ein rein ästhetisches Objekt).
@Dungarth Die Oberfläche einer Kugel ist proportional zum Quadrat des Radius. Das ist eine quadratische Funktion, keine Exponentialfunktion .

Es gibt verschiedene Arten von Dyson-Sphären, wobei die mit fester Hülle, Typ II, die physikalisch problematischsten sind. Dyson schlug vor (oder erklärte, was er wirklich meinte), dass die Hülle nicht fest sein würde, sondern eine virtuelle Hülle aus umlaufenden Objekten (Typ I). Typ III sind nicht im Orbit und werden vom Sonnenwind an Ort und Stelle gehalten, aber diese sind so zerbrechlich, dass Sie sich keine Gedanken über die Schwerkraft machen müssen, da Sie nicht auf der Oberfläche leben können.

Diese Seite enthält gute Informationen zu den Eigenschaften und der Klassifizierung von Dyson-Kugeln.

Wie auch immer, bei Typ 1 können Sie, da Sie eine Reihe von Orbitern haben, jeden Orbiter rotieren lassen (zumindest den Teil, der ein Gefühl der Schwerkraft vermitteln soll).

(Beachten Sie auch, dass, wenn Sie mit Typ-I-Orbitern das gesamte Licht von der Sonne sammeln wollten, sie sich gegenseitig verdecken würden (im Schatten des anderen) (pi-2)/pi der Zeit oder ~ 36%.)

Um Arthur C. Clarke zu zitieren: „ Jede ausreichend fortgeschrittene Technologie ist von Magie nicht zu unterscheiden “.

Die Lösung wird also einfach: Verwenden Sie Magie, auch bekannt als ausreichend fortschrittliche Technologie, um die erforderliche Schwerkraft zu erzeugen. Es besteht keine Notwendigkeit für eine Erklärung in Bezug auf unser eigenes aktuelles Verständnis der Gesetze der Physik (und ein Versuch, eine solche Erklärung zu erfinden, kann innerhalb kürzester Zeit schrecklich altmodisch aussehen).

Schlechte Antwort.. Es kann eine Antwort auf die meisten Science-Fiction-Fragen auf dieser Seite sein..
Nun, die physikalisch korrekte Antwort ist "sie alle sterben", weil eine Dyson-Kugel, die das Hohlschalenmodell verwendet, ebenfalls instabil ist und auch keine gravitative Wechselwirkung mit ihrem Mutterstern hat. Es besteht die Gefahr, dass es schließlich mit dem Stern kollidiert, mit anderen Worten: en.wikipedia.org/wiki/Dyson_sphere#Dyson_shell Um dies zu umgehen , müssen wir uns zunächst auf „ausreichend fortschrittliche Technologie“ berufen.
@mh.: Gleicht der Sonnenwinddruck nicht die Entfernung der Hülle vom Stern aus? Wenn sich eine Seite nähert, sollte sie höheren Druck erfahren und sich entfernen.
@ZanLynx Eigentlich könnten sich diese Dinge bei jedem gegebenen Radius ausgleichen. Sowohl Photonen als auch Gravitation breiten sich auf die gleiche Weise mit einer Kraft von 1/r^2 aus. Es wird bei einem bestimmten Wert der Masse pro Raumwinkel ausgeglichen. Die Schale könnte also näher dicker sein, wenn der Radius kleiner wäre, aber unabhängig davon, wo sie sich befindet, wäre die zum Ausbalancieren erforderliche Gesamtmasse konstant.

Ich denke, es ist viel einfacher als das ...

Sie können die Dyson-Sphäre beispielsweise in der Umlaufbahn des Mars bauen; Sie können dann einen Planeten (oder Planeten) auf der Umlaufbahn der Erde haben, der seine eigene Schwerkraft hat, so wie es jetzt bei uns der Fall ist.

Jede Gesellschaft, die fortgeschritten genug ist, um so etwas zu bauen, könnte die Orbitalmechanik und die Auswirkungen der Schwerkraft des Planeten auf die Kugel herausfinden.

Sie müssen nicht auf der Oberfläche der Kugel LEBEN ... Sie können sie einfach verwenden, um die Sonnenstrahlung einzufangen.

Klassisches Experiment: Nehmen Sie ein quadratisches Stück Eis und messen Sie seine Masse. Stellen Sie es in die Sonne und timen Sie es, während es schmilzt. Wenn Sie wissen, wie viel Energie es braucht, um diese Masse in dieser Zeit zu schmelzen, multiplizieren Sie diese Zahl mit einem Faktor, der einer Eiskugel mit demselben Radius wie der Abstand zwischen Sonne und Scheibe entspricht. Dies gibt Ihnen eine Annäherung an die Energieabgabe der Sonne und es ist ziemlich umwerfend.

Das Problem ist nicht 0 g, sondern dass eine Dyson-Kugel instabil ist. Sie müssen ständig Energie aufwenden, um es zentriert zu halten, selbst wenn es sich dreht. Sonst driftet die Sonne langsam in die Kugel und umgekehrt. (Dasselbe gilt für Ringwelten.) Die Lösung besteht darin, einen Dyson-Schwarm zu verwenden. Es ist ein Haufen in sich geschlossener Einheiten, die die Sonne umkreisen, und es gibt genug, um die Sonne zu blockieren. Dieses Video wird es erklären.

Das Fermi-Paradoxon und das Dyson-Dilemma:

Sie können Schwerkraftgeneratoren haben oder sich in Ringen befinden, die sich drehen, um künstliche Schwerkraft zu erzeugen.

Verwenden Sie Schwerkraftgeneratoren.

Die Fähigkeit, ein künstliches Schwerefeld zu erzeugen, ist ein gemeinsames Merkmal von Sci-Fi-Raumschiffen, sodass sie nicht alle rotierende Zylinder sein müssen. Schiffe in Star Trek haben künstliche Schwerkraft .

Da Ihre Gesellschaft eine Dyson-Sphäre gebaut hat, sollten sie keine Probleme haben, die Generatoren mit Strom zu versorgen, zumal das Technologie ist, also können Sie sagen, dass es so viel Energie braucht, wie Sie möchten.

Für ein gewisses Maß an Gültigkeit könnten Sie versuchen zu bestimmen, wie viel Kraft die Gravitationsgeneratoren auf die Oberfläche ausüben, und eine Quelle für so viel Energie finden. Ich würde erwarten, dass die von der Sonne im Zentrum der Kugel gesammelte Energie ausreichen würde.

Wie gehen die Bewohner einer Dyson-Sphäre ohne Schwerkraft zurecht? [abgeschlossen]
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