Wie viele Personen kann meine Spire-Welt unterstützen?

Okay, also habe ich dieses große Kolonieschiff / diese künstliche Welt und ich muss herausfinden, welche Art von Bevölkerung es unterstützen kann. Ich komme gleich zur Sache und gebe Ihnen die Details.

  • Länge: Ungefähr 1.000.000 Meilen lang
  • Durchmesser: 100 Meilen
  • Umfang: 314 Meilen

Einige weitere Details: Menschen leben auf der Innenseite des Turms. Wenn Sie also im Turm stehen würden, würden Ihre Füße nach außen und Ihr Kopf zur Mitte zeigen. Der Spire ist in 500 Meilen lange „Einheiten“ unterteilt. Jede Einheit verfügt über 200 Meilen Lebensmittel- und Wasserproduktion, 100 Meilen Wohngebiete (einschließlich Erholung), 100 Meilen Produktion, Stromerzeugung und Verwaltung sowie 100 Meilen Abfallverarbeitung, Recycling und ein Drohnen-Kontrollzentrum.

Sie können davon ausgehen, dass es einen perfekten Zylinder gibt, der 1.000.000 Meilen lang und 100 Meilen im Durchmesser nutzbaren Raums ist.

Was ist also angesichts dieser Menge an Platz und Lebensmittelproduktion die maximale Anzahl von Menschen, die dieser Spire technisch unterstützen könnte?

Bearbeiten: Die hier lebenden Menschen haben Technologie, die bestenfalls frühes industrielles Niveau hat, Renaissance-Technologie für einige, und einige Splittergruppen sind immer noch auf mittelalterlichem Niveau. Der Spire selbst ist jedoch weit in die Zukunft fortgeschritten. Wir reden über KI, programmierbare Materie, einfache Erzeugung von Antimaterie, exotische Materie, so ziemlich alles, was man sich vorstellen kann. Der Spire kümmert sich um die atmosphärischen Bedingungen und das Wetter, sodass sie perfekt für den Anbau von Nahrungsmitteln geeignet sind, aber die Menschen sind für das Pflanzen und Ernten verantwortlich.

Welches technologische Niveau wird für die Nahrungsmittelproduktion und Lebenserhaltung verwendet?
Sie leben in dem Zylinder, der die Atmosphäre erzeugt und recycelt.
Was Sie beschreiben, wird als "O'Neill-Zylinder" bezeichnet.
Ja, nehme an, die durchschnittlichen Einwohner sind menschengroß.
Welche Feldfrüchte bauen sie an? Haben sie Schädlinge? Verstehe ich richtig, dass das Klima vollständig kontrolliert wird? Welche landwirtschaftliche Zone wird simuliert? Die Ernteerträge hängen von der Pflanzenart, der landwirtschaftlichen Technologie, dem Zugang zu Düngemitteln und der Zone ab. Sie müssen diese und die Menge an Ackerland angeben, um berechnen zu können, wie viel Lebensmittel potenziell produziert werden können.
Für jede Einheit von 500 x 314 Meilen gibt es 200 x 314 Meilen bearbeitbares Ackerland. Ich dachte, dass 200 Meilen in verschiedene Zonen unterteilt würden, die besser für bestimmte Pflanzen und einige kleinere Abschnitte für Fleisch geeignet sind. Die Schädlinge sind die gelegentliche Brut lokaler unheimlicher Abscheulichkeiten, aber das verursacht mehr Probleme als nur Ernteverluste. Und ja, das Klima wird vom Spire kontrolliert, also hat jeder Abschnitt ein perfektes Klima für eine bestimmte Ernte, also sagen wir, 100 Quadratmeilen sind perfekt für Mais, weitere 100 Quadratmeilen sind perfekt für Sojabohnen usw.
@cowlinator Ein O'Neill-Zylinder ist eine bestimmte Reihe von Konstruktionen, die in allen Abmessungen erheblich kleiner sind als diese.
Das ist eine Fläche von etwa 180 Millionen Quadratmeilen, die für die menschliche Besiedlung zur Verfügung steht. Das ist 57 Mal größer als die Fläche der Vereinigten Staaten von Amerika oder 3,5 Mal größer als Europa, Asien und Afrika zusammen.
Das ist eine Fläche von 3,14 x 10^8. Die Erdoberfläche beträgt 1,97 x 10^8. Voraussichtliche maximale Bevölkerung: 10-20 Milliarden. (Nehmen Sie eine unendlich dünne Schale an, verdicken Sie die Schale beispielsweise für Maschinen und Sie reduzieren die verfügbare Oberfläche des Innenzylinders.) Ihre Annahmen für den verfügbaren Platz berücksichtigen nicht die enorme Menge an Wasserspeicher, die Sie benötigen, weshalb Ich multipliziere einfach die Bevölkerung der Erde.
Nun, die Messungen waren für die Innenseite des Zylinders. Ich dachte, die „Haut“ des Zylinders wäre etwa eine Meile dick, um Lagerung, Transport usw. zu ermöglichen. Ich dachte auch, dass es eine zentrale Welle mit einem Umfang von vielleicht einer Meile geben würde, die über die Länge des Zylinders läuft, der dauern würde Pflege von Licht, Temperatur, Niederschlag und anderen atmosphärischen Überlegungen.
Sie können es so machen, wie es Ihre Geschichte braucht. Anstatt willkürliche Zahlen für Ihre Schiffsgröße auszuwählen und sich dann gezwungen zu fühlen, das zu verwenden, was Berechnungen in der Bevölkerung aussagen, wählen Sie die Bevölkerung aus, die für Ihre Geschichte am besten geeignet ist, und finden Sie dann einen Grund dafür. Mit ihrer Technologie können sie unbegrenzt Nahrung herstellen und mit unbegrenztem Abfall umgehen. Man könnte sie wie ein Gefängnis auf jeden bewohnbaren Raum packen. Ich könnte mir vorstellen, dass ein Schiff voller Flüchtlinge das so macht, um möglichst viele vor einer sterbenden Welt zu retten. Oder Sie hätten den Spire für viel mehr Menschen entworfen haben können, als er jetzt enthält
Unbekannte Variablen, die angegangen werden müssen: Macht die KI Ressourcen, die in Bereichen mit niedrigerer Technologie fehlen? Wie viele Segmente sind Subsistenzbauern der Vollzeit- oder Renaissancezeit und wie viele sind Bauern des Industriezeitalters? Wie viele liegen dazwischen? In wie vielen Regionen wurden die Bauern von den Viehzüchtern / nomadischen Hersdem besiegt und überwältigt? Wie viele Regionen sind tot?
Das ist ein McKendree-Zylinder, kein O'Neill.
Welches Klima herrscht im Zylinder? (Die perfekten Bedingungen variieren je nach Art der Kulturpflanzen.) Zu welchen Kulturpflanzen haben sie Zugang? Was ist mit Materialien wie Holz und Stein, wie verfügbar sind sie für die Menschen? Gibt es irgendwelche Krankheitserreger und/oder Parasiten? Gibt es Nutztiere oder nur Pflanzen und Ihre Humanoiden innerhalb der Turmspitze? Diese Variablen können die Zahlen ziemlich beeinflussen.
Die KI stellt immer sicher, dass jede Gruppe von Menschen Zugriff auf die Tools und Ressourcen hat, die sie benötigt. Das Klima kann sich ändern, aber im Allgemeinen hat jeder landwirtschaftliche Abschnitt mehrere Unterabteilungen mit jeweils unterschiedlichem Klima. Die einzigen Krankheitserreger oder Parasiten sind sehr unheimlich, haben einen kosmischen Horrorgeschmack und haben weitaus mehr Auswirkungen als nur Ernteverluste. Schließlich dachte ich, dass es einige Tiere/Fische geben würde, um die pflanzliche Ernährung zu ergänzen.
Von der reinen Oberfläche haben Sie Ihre Antwort bereits. Aber in der Frage vermisse ich einige Details. Können ihre Ernten ausfallen oder korrigiert die Drohnensteuerung menschliche Fehler? Welches Wissen haben diese Gesellschaften? Sie verwenden keine Düngemittel, schätze ich, also kennen sie die Fruchtfolge? Unsere Erde würde heute ohne Düngemittel eine Milliarde Menschen ernähren.
Ich stellte mir vor, dass Ernten ausfallen könnten, aber nur durch Einmischung von außen oder durch völligen Mangel an menschlichen Arbeitskräften. Die Drohnen werden nicht alles tun, aber sie werden viel tun. Die Bauern, die in diesen Gesellschaften leben, würden sich in ihrem Handwerk sehr gut auskennen und würden sich definitiv mit der Fruchtfolge auskennen.
Diese Turmstruktur scheitert an der Machbarkeitsrechnung. Seine Länge beträgt etwas mehr als das 250-fache des Durchmessers der Erde, was ihn strukturell instabil macht. Menschen an den anderen Enden würden eine Gravitationsanziehung zum Zentrum der Spitze erfahren, und das setzt voraus, dass die Struktur nicht von der Schwerkraft überwältigt und in eine Kugel aus geschmolzenem Metall zerschmettert wird. Woher kamen die Baumaterialien überhaupt?
Als Referenz ist die maximale Länge dieser Art von Struktur mit dem derzeitigen technologischen Niveau von Baumaterialien etwa 25 % kürzer als der Durchmesser der Erde. Ihre vorgeschlagene Turmwelt ist viel zu lang.
@Beefster Die Rechtfertigung in der Geschichte für die unmögliche Maschine ist, dass sie von einer Gesellschaft nach der Singularität hergestellt wurde. Es ist eine von 7 großartigen „Maschinen“, die alle gleichermaßen unmöglich sind, soweit wir das beurteilen können, aber für eine Zivilisation, die in der Lage ist, eine Galaxie buchstäblich von Grund auf neu zu erschaffen, sind sie kaum möglich.

Antworten (4)

Diese Antwort ist eine Kombination aus relativ einfacher Mathematik und Annahmen.

Als wichtigster limitierender Faktor in der Bevölkerung wird die Nahrungsversorgung angenommen. Ein landwirtschaftlicher Abschnitt ist 200 Meilen lang und 314 Meilen breit, was uns 62.800 Quadratmeilen oder 162.651,25 Quadratkilometer ergibt.

Annahme Nr. 1: Die landwirtschaftliche Flächennutzung beträgt 90 %. Der Rest wird von Gebäuden, Straßen und Gewässern eingenommen.

Ackerland pro Abschnitt: 56.520 Quadratmeilen; 146.386,13 km²; 36.172.800 Morgen

Annahme Nr. 2: Ein Morgen Land kann 2 Personen (nicht-intensive Methoden) bis 4 Personen (intensive vorindustrielle Methoden) unterstützen.

Annahme Nr. 3: Alle Abschnitte des Turms werden gut verwaltet, was bedeutet, dass Krankheiten, Kriege und Müll die Bevölkerung nicht wesentlich beeinträchtigen.

Anzahl der Personen pro Abschnitt: 72.345.600 bis 144.691.200

Ein 1.000.000 Meilen langer Turm bedeutet, dass wir 2.000 Abschnitte haben.

Gesamtbevölkerung: 144.691.200.000 bis 289.382.400.000

Die Oberfläche ist nur 50 % größer als die der Erde. Wo tust du das ganze Wasser? (Die Annahmen des OP zur Nutzung sind etwas abweichend.)
@JBH Nirgendwo. Eine mit Wasser bedeckte Fläche ist nicht erforderlich.
Wasserspeicher könnten tatsächlich hilfreich in einer Schicht zwischen der äußeren Hülle und der inneren Landschaft angeordnet werden. Wasser ist ein ausgezeichneter Schutzschild gegen Strahlung.
@LoganR.Kearsley Wasser ist immer notwendig. Diese Frage deutet auf 49.000 Menschen pro Quadratkilometer oder 12,7 Billionen hin, wenn 100 % der Fläche Ackerland gewidmet ist. Aber all das setzt eine ganze Menge voraus, wie Lichterzeugung, Wasser und die Maschinerie des Lebens.
@JBH Wasser ist notwendig. Die von Wasser bedeckte Fläche ist es nicht. Mit einer Oberfläche, die 50 % größer ist als die der Erde, gibt uns das 4,5-mal so viel Landfläche, mit der wir arbeiten können, und angesichts der Tatsache, dass ein Großteil des Landes der Erde nicht bewohnbar oder unbewohnt ist, ein viel größerer Multiplikator für die tatsächliche Wohnfläche.
@LoganR.Kearsley Es ist mir egal, in welche Richtung es geht, es ist mir egal, dass es nicht berücksichtigt wird. Es wird Volumen brauchen – viel mehr als die Leute denken. Eine nicht unerhebliche Menge Wasser befindet sich in der Luft, in Flüssen, Seen (z. B. Bewässerung) und Grundwasserleitern der Erde. Das OP hat nicht berücksichtigt, wie dick diese Schale sein muss.

Ohne ernsthaftes Handwinken, Null

Eine solche Welt ist strukturell nicht stabil. Die theoretisch größtmögliche Struktur dieser Art mit Kohlenstoffnanoröhren (10.000 km) ist kürzer als der Durchmesser der Erde (~12.750 km). Eine Spitze Ihrer vorgeschlagenen Länge würde unter ihrer eigenen Schwerkraft in eine geschmolzene Kugel aus Kohlenstoffnanoröhren in einer schrecklichen Katastrophe einstürzen, die einem Maulwurf von Maulwürfen nicht unähnlich ist . Ich finde es äußerst unglaubwürdig, dass selbst hyperfortgeschrittene Materialwissenschaften in der Lage sind, ein Material herzustellen, das über 300-mal stärker ist als Kohlefaser und das irgendwie der kosmischen Tendenz widerstehen kann, dass sehr große Dinge zu Kugeln zusammenbrechen. Die Schwerkraft gewinnt immer.

Diese Struktur ist lang genug, dass sie sich im Grunde wie eine riesige ungekochte Nudel verhält (vielleicht sogar eine gekochte Nudel, abhängig von der Biegefähigkeit des Materials). Ein ausreichend großes Massenungleichgewicht, insbesondere an beiden Enden, würde diese Struktur außer Kontrolle geraten lassen (ich nehme an, dass die Schwerkraft durch Rotation simuliert wird) und dazu führen, dass sie in Stücke zerbricht oder zumindest überall häufige schwere Erdbeben verursacht der Struktur.

Wenn irgendwie physikalisch möglich, gibt es noch andere Probleme.

Es gibt auch das Problem der Anziehungskraft in Richtung der Mitte des Turms. Die äußersten Enden der Spitze werden sich wie steile Berge anfühlen und daher möglicherweise nicht bewohnbar sein. Damit diese Einstellung funktioniert, muss der Turm Antigravitation an den Extremen anwenden.

Der Transport von Waren und Daten ist ein großes logistisches Problem. Eine Nachricht, die per Licht von einem Ende des Turms zum anderen gesendet wird, braucht ungefähr 6 Sekunden (1.000.000 Meilen / 186.000 Meilen/Sekunde), um anzukommen. Dies berücksichtigt keinen Signalverlust. Denken Sie daran, dass diese Entfernung etwas mehr als 2 Rundreisen zum Mond beträgt.

Wenn Sie eine Art magnetisches Transportsystem wie den Hochgeschwindigkeitszug hätten, könnten Sie Geschwindigkeiten von mindestens 125 MPH erreichen, wahrscheinlich viel mehr, wenn Sie den Luftwiderstand vermeiden, aber selbst eine Steigerung um den Faktor 10 wird zu einer massiv höheren Energie führen Kosten und Wärmeleistung. Wenn Sie irgendwie eine praktische 100-fache Geschwindigkeitssteigerung (für 12.500 MPH) erreichen würden, würde es immer noch 80 Stunden dauern, um eine Ware von einem Ende der Spitze zum anderen zu transportieren. Realistischerweise werden Sie für den täglichen Gebrauch auf viel niedrigere Geschwindigkeiten angewiesen sein , wodurch die äußersten Enden des Turms effektiv voneinander isoliert werden.

Spire-Einheiten müssen ziemlich autark sein und können nur innerhalb von etwa einem Dutzend Einheiten realistisch handeln. Wenn jede Einheit ihre eigene souveräne Regierung hat, sind die Chancen hoch, dass es auf dem Weg dorthin progressive Zölle auf jede Einheit geben wird, was den Handel noch weiter einschränkt.

Was die Bevölkerung betrifft, so ist 1 Million * Pi Hundert = Pi Hundert Millionen Quadratmeilen. Bei durchschnittlich 10 Einwohnern pro Quadratmeile ergibt das eine Gesamtbevölkerung von etwa pi Milliarden Menschen. Höhere Bevölkerungsdichten sind nicht ausgeschlossen und setzen eine theoretische Grenze von etwa 30 Milliarden Menschen, möglicherweise mehr.

Sie wollten wissenschaftsbasiert , also gebe ich Ihnen harte Realität. Ich schlage vor, dieses Tag zu entfernen, wenn Sie beabsichtigen, diese Einstellung ernsthaft zu verfolgen.

Bei der Schwerkraft bin ich mir nicht so sicher. Ein Maulwurf von Maulwürfen handelt von einem ziemlich unkontrollierten Gravitations-Fleischwolf, hier geht es um Ingenieurskunst. Wenn die Schwerkraft beim Bau berücksichtigt wird, könnten geschickt platzierte Materialreserven und Schieferböden ausreichen. Ich habe keine Ahnung, wie man so etwas berechnet, aber vielleicht könnte es helfen, Massendepots an beiden Enden zu platzieren. Zylinderlebensräume sind auch punny. Shellworlds, Topopolisses und Active-Support-Ringworlds dominieren unter den realistischen Megastrukturen.
Ich bitte zu widersprechen. Die gesamte Struktur wird trotz ihrer beeindruckenden Länge (1.000.000 Meilen) nur einen kleinen Bruchteil der Erdmasse haben, die sich über solche Entfernungen in eine winzige Schwerkraft verwandeln wird. Die zitierten Referenzen geben nicht an, dass die Schwerkraft hier ein limitierender Faktor ist. Selbst wenn es so ist, kann uns angeblich nichts davon abhalten, die gesamte Turmspitze über ihre Mitte (über die 2./3. Hauptachse) zu drehen und so mögliche Gravitationseffekte zu negieren.
@Alexander Sie können nicht gleichzeitig um 2 Achsen drehen. Sie müssen auch bedenken, dass jede Drehung von der Struktur erfordert, dass sie Biegungen und Verdrehungen standhält oder Millionen von Raketentriebwerken perfekt synchronisieren kann. Jede Kraft oder jedes Drehmoment, das an einem Ende auftritt, braucht mindestens 6 Sekunden, um sich auf das andere Ende auszubreiten. Starre Körper existieren nicht, schon gar nicht in diesem Maßstab.
@Beefster Nein, ein Objekt kann sich um 2 Achsen drehen: Zwei Achsen für Drehbewegungen . Ihr zweiter Einwand ist gültig, wenn wir die Anforderung haben, dass der Turm die ganze Zeit starr und gerade bleiben muss - aber ich stelle mir diesen Turm eher wie einen Zug von Autos vor als eine große massive Stange.
@Alexander sogar noch, das bedeutet eine Katastrophe für die Stabilität der Struktur und würde wahrscheinlich mindestens schwere Erdbeben verursachen.
@Beefster ja, der Spin-up-Prozess kann etwas holprig sein (genau wie ein unidirektionales Spin-up).

Wir wissen es nicht genau. Aber es ist funktional unbegrenzt.

Die Erde ist (ungefähr) eine Kugel mit einem Radius von etwa 4.000 km . Ganz grob können wir die Oberfläche der Erde mit der Oberfläche dieses Zylinders vergleichen, um eine praktikable Schätzung zu erhalten, wie viele Menschen Ihr Schiff unterstützen kann.

Es wird nicht genau sein; Menschen leben natürlich tatsächlich in einem Volumen, aber die beiden Setups haben eine fast identische dritte Dimension. Jeder, der auf der inneren Oberfläche des Zylinders lebt, ist jedem, der auf der äußeren Oberfläche der Erde lebt, sehr ähnlich. Dies ist ungefähr ein konstanter Faktor von (sagen wir) einer Drittelmeile Höhe; es hebt sich nicht ganz genau auf, aber nahe genug.

Die Oberfläche der Erde beträgt also ~ 197 Millionen Quadratmeilen. Die Oberfläche Ihres zylindrischen Gefäßes ist A = 2πrh . (Sie können die Scheiben an jedem Ende ignorieren; es funktioniert auf etwa ein Hundertstel Prozent.) Das sind am Ende 314 Millionen Quadratmeilen.

Ihr Schiff ist ungefähr fünfzig Prozent größer (in Bezug auf die Oberfläche) als die gesamte Erde. Interessanterweise ist der Spire volumenmäßig ein Vierzigstel der Größe der Erde. Dies liegt daran, dass eine Kugel ein optimales Verhältnis von Oberfläche zu Volumen hat und ein Zylinder sich weiter vom Optimum entfernt, wenn er schiefer wird. Der Turm ist sehr schief.

Wir haben die maximal erträgliche Bevölkerungsgrenze der Erde nicht getestet

Menschen haben schon früher grandiose Vorhersagen über die Biosphärengrenze und so weiter gemacht. Keine ihrer düsteren Prophezeiungen über die Unfähigkeit, genug Nahrung anzubauen, hat sich jemals bewahrheitet. Sicherlich muss es eine Art Grenze geben, die allein dadurch auferlegt wird, wie viele Menschen die Erde ernähren kann – aber bis heute war der gesellschaftliche Druck der einschränkende Faktor. Wenn wir ein explosives Bevölkerungswachstum wollten, könnten wir die Gesellschaft umstrukturieren, um es zu bekommen; Wir haben andere Prioritäten.

TL;DR

Das Schiff ist flächenmäßig etwa 1,5-mal so groß wie die Erde. Eine vernünftige Fermi-Näherung für „wie viele Menschen kann dieses Schiff unterstützen“ scheint „etwa halb so viele wie die Erde“ zu sein.

Aber wir wissen nicht wirklich, wie viele die Erde kann.

Warum berücksichtigen Sie das Volumen? Das gesamte Volumen des Erdinneren ist für die Anzahl der Menschen, die es ernähren kann, meist irrelevant. Sie müssen die Oberflächenbereiche betrachten, nicht das Volumen.
Weil es ein Vergleich von Äpfeln zu Äpfeln ist, anstatt zu versuchen, die Oberfläche der Erde mit dem Volumen des Schiffes zu vergleichen. Meine Antwort bringt das sogar zur Sprache.
Ich denke, Sie müssen die Landoberfläche der Erde mit der Oberfläche des Schiffes vergleichen. Menschen leben nur auf der Innenfläche des Zylinders, nicht im gesamten Volumen.
Eier. Du hast recht, meine Augen glasten direkt über diesem höchst bedeutsamen kleinen Detail. Gut, dass hier jemand aufpasst! Ich hatte den Eindruck, dass das gesamte Innenvolumen des Schiffes eine nutzbare Innenstruktur war. Also vergleiche ich Äpfel mit imaginären Äpfeln auf der Ebene, die viel komplexer als nötig ist. Ich werde das beheben.
Hinzu kommt, dass der O'Neil-Zylinder natürlich keine riesigen Ozeane enthalten würde. Das wäre einfach Verschwendung von Immobilien. Die Landwirtschaft müsste ohnehin auf Wasserrecycling und -filterung setzen, denn die Konstrukteure würden auf eine möglichst dünne Schmutzschicht setzen. (Schmutz ist schwer und trägt nicht zur strukturellen Festigkeit des Zylinders bei.)

Einfach mal mit der Erde vergleichen. Die Erde hat rund 57 Millionen Quadratmeilen Landfläche. Ihr Zylinder hat 314 Millionen Quadratkilometer, etwa 6 mal so viele. Die Erdbevölkerung betrug im Jahr 1600 etwa 0,5 Milliarden, im Jahr 1800 etwa 1 Milliarde. Dies gibt Ihnen eine Schätzung von 3 bis 6 Milliarden.

Das ist massiv weniger als Alexanders Antwort, weil er überall perfekte Klima- und Bodenbedingungen annimmt, während meine Schätzung nur das durchschnittliche Erdklima verwendet.

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