Прошу помочь. Сложные научные вопросы для рассказа

» опубликован
Взбрасываю вопросы на удачу в этот блог, вдруг кто-то поможет на этом сайте.
Разрабатываю произведение в жанре твёрдой научной фантастики.
Нужны консультации тех, кто более-менее разбирается в следующих достаточно сложных темах:
  • ситуация на космической орбите планеты;
  • процесс изучения частиц на ускорителе частиц;
  • физический/хирургический/онкологический вопрос по поводу разреза человеческого тела целиком, отдельных органов или конечностей на молекулярном и атомарном уровне.

Вопросы апдейтнул, вырезав лишнее.
  1. Спутник на геостационарной орбите - достаточно ли стабильна будет эта система, например, для протягивания закреплённого с обоих концов троса? Кроме земных и атмосферных природных явлений - какие могут быть проблемы при этом?
  2. Какая может заключаться в этом целесообразность (если станции пролетают над полюсами)? Интересны любые гипотетические варианты, предложения исследований. Экология? Изучение магнитных полей? Магнитных аномалий? Состояния магнитного поля? Быть может, из ионизации (плазмы) можно как-то наладить добычу энергии? Вообще планируется по задуманной концепции там разместить гигантский коллайдер (размер имеет значение, к тому же половина бюджета реального коллайдера ушла на рытьё тоннелей, а в будущем доставка материалов и приборов в космос может обходиться дешевле, даже сейчас полёты дешевеют, а ещё могут найтись технологии доставки каким-нибудь тросом-космолифтом и т.д.) и по совместительству - гигантский детектор гравитационных волн, а также система сжигания (или отлова) орбитального мусора и опасных астероидов выбросами частиц из этого самого ускорителя частиц. Ну и некоторые другие проекты, включая вышеозвученные (про экологию, геомагнетизм, изучение аномалий ядра, магнитных полей), включая новую международную космическую станцию и пересадочный пункт для облегчения логистики к другим планетам сс; но хотелось бы услышать мнения экспертов по теме. Имеет ли это вообще смысл?
  3. Нужно ли учесть какие-то дополнительные факторы, влияющие на что-нибудь (например, озоновые дыры, место скопления силовых линий магнитный полей)? Может, туда будет сильнее бить космическая радиация, солнечная радиация, огибающая планету по магнитным полям?
  4. Справедливо ли мнение, что падения астероидов (да любых космических объектов, включая наличие мусора) реже всего случается в "крайних" широтах - крайний север и крайний юг? (или просто на них хуже детектируются/свидетельствуются подобные явления??) тем самым - будет ли подобному сооружению безопаснее всего находится именно там, и при этом обозревать/защищать пространство вокруг планеты, грубо говоря, процентов на 60 без вращения вокруг неё? при наличии двух таких станций на полюсах, быть может, не нужно строить ничего совсем уж необоснованно затратного типа сфер дайсона вокруг планеты. к этому же вопросу можно отнести предположение: космического мусора ведь значительно меньше около полюсов, чем на уровне экватора?
  5. Центробежная сила гигантского кольца на орбите... Например, размером с Антарктиду. Возможно ли достичь центробежной силы? Как это рассчитать по времени, скорости, размерам, какой-нибудь оптимальный вариант? Или вопрос до сих пор практически не изучен и никто ещё не знает, как поведет себя такая система в невесомости?
Дальнейшие вопросы чисто о коллайдере:
  1. в коллайдерах для изучения самых трудно уловимых частиц (типа бозонов, топкварка и т.д.) используется косвенный метод детектирования, когда изучается лишь результат столкновения образовавшихся частиц с различными видами стенок? Традиционное фотографирование невозможно из-за малой скорости света при таких быстрых процессах? (я так понимаю, за время жизни некоторых частиц свет успевает пройти лишь 0,00000... (и так больше десятка нулей)... метров?). Правильно ли я это всё понимаю? И тогда вопрос - не слишком ли большое расстояние до ближайшего детектора в коллайдере (несколько сантиметров в АТЛАСЕ, судя по википедии)? Ведь за время долёта до внутреннего детектора частицы даже со скоростью света - с ней может произойти очень многое, могут происходить процессы - рождаться и умирать частицы - полёт ведь очень долгий даже при скорости света.
  2. где можно (вместо обрывков информации в википедии и т.д.) почитать об устройстве детекторов? о том, как именно детектируются изменения в веществе, принимающем удар частицы, или даже слышал про магнитные поля, которые тоже это детектируют. мне бы хотелось узнать об этом максимально подробно, желательно на русском, но изголодался по любым источникам.
  3. зависит ли количество энергии от размера коллайдера? т.е. чтобы, например, родить чёрную дыру - нужно огромнейшее количество энергии - каких минимальных масштабов для подобного нужно спроектировать ускоритель частиц? быть может для миниатюрных чёрных дыр (живущих 10в минус двадцать шестой степени секунд) можно применить достаточно энергии на существующих коллайдерах?
И далее идёт обширный вопрос о тончайшей хирургии или даже о радиационном разрезе...
  1. Как среагирует человеческое тело на разрез(ы) молекулярной или атомарной нитью?
Инструмент: молекулярная нить-струна или какой-то связанный пучок частиц, составляющий целую нить.
Или даже нить не из молекул, а атомов. Настолько тонкая.
Чтобы легче представить явление: это как проходящий через человека пучок частиц, как при любом виде облучения, но только целый ряд таких частиц (летящих вместе, синхронно, параллельно), прожигающий 100% встречных клеток в сечении разреза.
Место разреза: интересуют любые места человеческого тела. Отдельные конечности, торс, отдельные жизненно важные органы, глаза...
Как поведут себя кости? Возможно ли отделение?
Как поведут себя нервные окончания или нейроны? Продолжат ли передавать информацию друг другу?
Будет ли вообще больно?
Как поведут себя прочие органы?
Будет ли внутреннее кровотечение?
Будет ли внешнее кровотечение?
Или разрез слишком мал, чтобы вообще как-то повлиять на функции органов, сосудов и т.д.?
Отделение произойдёт сразу или же возможно быстро сращение конечности по причине молекулярной диффузии?
Или же даже при таком варианте можно (приложив, например, внешнюю силу - дёрнуть за руку или ногу) отделить практически отрезанную конечность?
Понятно, что тематика сильно граничит с радиацией, лучевой болезнью. Происходит разрушение тканей на микроскопическом масштабе. Но вопрос заключается не в возможности проявления онкологии в долгосрочной перспективе (очевидно, опухоли в любом случае будут иметь место при такой "массированной" атаке на клетки днк, но будут ли они иметь значение при полученных возможно фатальных повреждениях?), а в том, как поведёт себя организм в краткосрочной перспективе... Выживет ли человек, если нить его пересечёт? Если шанс выжить или не потерять конечность есть (например, сохранять максимальный покой и постельный режим, пока всё не срастётся), то о каких проблемах со здоровьем стоит озаботиться в первую очередь?
Подозреваю, что отчасти это может быть связано с гипотетическим развитием лазерной хирургии в будущем - радиоволновый скальпель может обеспечить примерно тот же эффект, если растянуть его "лезвие" длиной в нить, и не воздействовать очень уж сильно на ткани, а провести сквозь тело или конечность лишь один раз и посмотреть, что будет...
Скорость удара/нанесения разреза/проникновения - не знаю, какую подобрать, интересные все возможные эффекты в зависимости от скорости и толщины нити; но если продолжать аналогию с радиацией, то пускай будут релятивистские скорости (скорость света).
Ссылки на более подробное описание ситуации и этой самой нити давать не буду, вдруг нельзя; тема в основном лишь фантастикой затрагивалась.
Есть вики-страница понятия "Адгезия" - в физике это так называется; возможно, это одно и то же явление; там же упоминается, что это очень сложная тема для понимания и объяснения, она, наверное, даже толком не изучена, ведь это практически край науки, связанный с размерами атомов)
Там же про биологию:
Цитата: "В биологии клеточная адгезия — не просто соединение клеток между собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определённых правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток. Специфичность клеточной адгезии определяется наличием на поверхности клеток белков клеточной адгезии — интегринов, кадгеринов и др. Например, адгезия тромбоцитов на базальной мембране и на коллагеновых волокнах повреждённой сосудистой стенки."
Есть ссылка на "Молекулярное лезвие"; общие сведения из различных фантастических произведений.
Цитата: "В реальности, к гипотетическому молекулярному лезвию можно было бы отнести волокно углеродной нанотрубки, но на данный момент не существует достаточно протяженных экземпляров нанотрубок, чтобы их можно было использовать в качестве прототипов подобных лезвий."
Оттуда же ссылка на "Атомарный меч"; фантастика.
Можно ещё прогуглить "Мономолекулярные стропы"; шутливая байка.

 

Просмотров: 2 313

» Лучшие комментарии


PhysCraft #1 - 2 года назад (отредактировано ) 1
  1. Спутник на геостационарной орбите, как я понял, должен вращаться вокруг Земли и быть постоянно над одной ее точкой. Это не проблема, народ умеет такое в Космос запускать. Но кроме явлений Земных и природных еще нужно учесть различие между условиями в Космосе и на Земле. В Космосе тело без проблем движется по инерции, на Земле добавляются силы трения и сила тяготения Земли. На разных высотах разная температура, разные условия, нужно учесть стойкость материала троса и влияние градиента температур на него. Я предполагаю, что будет создаваться нехилое натяжение троса. То есть. трос должен быть гибок, но и крепким на растяжение, метал может не подойти, учение предполагали создание лифта с материала на основе наноуглеродных трубок (почитай про графен). Я считаю, что теоретически в рамках научной фантастики такая система может быть стабильной, но будет нуждаться в техосмотре, так как мелкие частицы космического мусора могут повреждать трос.
  1. Сжигание космического мусора частицами из адронного коллайдера звучит маловероятно. В Космосе полно разного излучения, в том числе и гамма-излучения, но почему-то мусор остается летать. Вот биологические объекты могут быть уничтожены, но не мусор. Проще отлавливать мусор, который попадается на пути и перерабатывать его или паковать и сжигать сбрасывая на Землю. Или просто доставлять на Землю для переработки или обследования на предмет длительного влияния Космоса на те или иные материалы.
По поводу добычи энергии: переменное магнитное поле вызывает появление тока в витке, который пронизан этим полем. Если найти на полюсах, места с высоким градиентом магнитного поля (а такие будут, там ведь идет концентрация линий магнитного поля), то можно и добить электричество для станции.
Можно было бы лучше исследовать северное сияние, обусловленное тем, что на полюс магнитное поле несет заряженные частицы от Солнечного ветра. Возможно, получиться ка-то использовать еот природное явление.
Построение на орбите коллайдера пока вижу не целесообразным.
  1. Если в этом пункте речь о станциях на полюсах, то лучше учесть все это. Кроме озонового слоя - он влияет лишь на состояние того, что под ним, так-как банально экранирует Землю от ультрафиолетового излучения. Не думаю, что скопление озона помешает станциям.
  1. Скорее всего такая закономерность обусловлена характером вращения и движения самой Земли. Мусору сложно вращаться по орбите, проходящей возле полюсов, так им нужен дополнительный источник поступательного движений вдоль орбиты Земли (мусор постепенно перейдет на орбиту, не проходящую возле полюсов), в случае же орбиты вокруг оси вращения Земли мусор просто по инерции летает вокруг нее.
  1. Центробежная сила - обычна сила инерции, возникающая в случае движения объекта по круговой орбите или просто по круговой траектории. Если эта штука в невесомости, то тут нужно учесть ее движение вокруг Земли, влияние на нее тяготения от других космических объектов.Что-то подобное я видел в фильме "Элизиум - рай не на земле", там было гигантское кольцо с центробежной силой, там люди жили. Сделать расчет можно, только приблизительный, конечно.
  1. Фотографирование частиц не имеет смысла, так как они не дают излучения в видимом диапазоне. Иногда применяется метод пузырьковой камеры, где частицы ионизируют среду и можно невооруженным глазом заметить треки, оставленные частицами. По поводу расстояния к детекторам, то согласно теории относительности из-за эффекта замедления времени в системе отсчета, что движется, пробег частиц со скоростью близкой к скорости света увеличивается в много-много раз. Мюон, который должен был пройти 660 метров если будет иметь скорость света будет иметь длину пробега от 10 до 20 км. Так что частица пролетит нормально.
  1. Где почитать - не помню, но где-то в сети есть видео, где более-менее описано строение детекторов CERN. Тут придется искать англоязычные источники.
  1. Размер имеет значение. Ведь от размера зависит то. насколько удастся разогнать частицы. Создание черной дыры в коллайдере считаю невозможным. Сам механизм появления черных дыр в природе предполагает взрыв звезды а после резкого ее сжатия из-за перепада давления и сил инерции + сил тяготения, то-есть, силы инерции получаются настолько большими, что практически сжимают несжимаемое. Если будет интересно, могу поискать эти материалы у себя, проходил в университете в рамках курса ядерной физики и астрофизики.
  1. Интересный вопрос. Все зависит от того, где делать надрез. Есть определенные места расположения клеток, которые и есть рецепторы боли. Если разрезать между ними, то чувствовать не должен. Я не биолог, ответить здесь обширно не могу. Могу лишь посоветовать почитать биофизику в плане устройства клеток и рецепторов.
Спасибо за интересные вопросы, будет приятно обсудить. Все выше написал без подготовки, некоторые моменты могут потребовать уточнения или дополнения.
prog #2 - 2 года назад (отредактировано ) 3
Если я не ошибаюсь, именно геостационарная орбита физически возможна только по экватору. Всякие лифты на тросах, соответственно, тоже. Кроме того, основные проблемы этого самого троса - его масса, сила натяжения и взаимодействие с атмосферой.
P.S. А еще рекомендую поиграть в KSP для расширения кругозора - орбиты там считаются достаточно близко к реальности, не считая ряда условностей и упрощений - самое то чтобы на любительском уровне понять какие орбиты возможны, а какие не очень. Намного проще после этого будет воспринимать информацию о том, как это все выглядит в суровой реальности.
vasex #3 - 2 года назад 0
Спасибо за ответы.
Вопрос про центробежную силу сложнее, чем кажется. С реализацией в фантастике я знаком. Игра Хало или бломкамповский фильм элизиум, скопипастившие кольцо из мир-кольцо Нивена; нолановско-интерстелларовский мирок, криво скопипащенный с концепции свидание с рамой кларка; опять же кларковская космическая одиссея (вспоминаем кубриковскую экранизацию); любые вращательные элементы станций, как в бойловском фильме пекло; ну или галактического масштаба мегаархитектура в культуре бэнкса.....
Все это я знаю.
Вопрос в другом.
Насколько это реалистично и реализуемо? Какие оптимальные размеры нужны? Если раскрутить кольцо в невесомости - ничего может не получиться, порой нужны дополнительные колебательные движения при вращении. Ну и всякие наса уже экспериментировали с вращательными комнатами для всяких мкс, ведь невесомость пагубно влияет на здоровье, но эти комнаты тяжело давались испытуемым, их тошнило и т.д...
PhysCraft #4 - 2 года назад 1
Если начинать с создания ускорения свободного падения, то оно создается за счет отцентровой силы инерции и равно a = (v^2)/R, где v - скорость движения по кругу, R - радиус круга. Итак, для создания ускорения 9,8 м/c^2 при R = 100 метров нужна скорость вращения около 31,3 м/с, при чем это скорость вращения крайней границы станции, соответственно, период вращения будет около 20 секунд. Аналогично можно посчитать для любого радиуса или скорости. Но остается вопрос о тошноте. Людей тошнит от быстрого торможения или ускорения, но не знаю, тошнит ли летчика при исполнении петли Нестерова (там отцентровое ускорение просто компенсирует силу тяготения Земли). Плюс человек должен вращаться со станцией, будучи где-то в пространстве он может и не почувствовать вращения, если не контактирует с ней, летчик ведь привязан к самолету. Откуда инфа о том, что нужны колебательные движения при вращении?
Если говорить об оптимальном размере, то что именно должно быть оптимизированным?
Nosferoh #5 - 2 года назад 0
Изучение магнитных полей? Магнитных аномалий? Состояния магнитного поля?
магнитных полюсов. Сейчас строятся теории о смене полюсов. Ориентируются на поведение мигрирующих животных.
космического мусора ведь значительно меньше около полюсов, чем на уровне экватора
Если взять за пример наши газовые гиганты, то да. Однако, лучше убрать мусор или держаться на более далёкой орбите относительно центра. чтоб не пересечь орбиты космического мусора. А ведь обломков спутников там навалом.
Как среагирует человеческое тело на разрез(ы) молекулярной или атомарной нитью?
Молекулы больше атома, так что, скорее всего, такой инструмент нарушит все связи, какие ни есть. А вот после луча шириной в атом водорода, возможно, какие-то связи в соединениях и восстановятся. Но надо учесть продолжительность прохождения между половинками той же цепочки ДНК по времени этой твоей нитью. Хотя, ХэЗэ. Если частицы вообще будут меньше атома, то это уже теория перехода пробомбардированных частиц в возбуждённое состояние.
Кет #6 - 2 года назад (отредактировано ) 0
По первому вопросу вроде достаточно подробно расписано в вики в статье Космический_лифт.
PUVer #8 - 2 года назад 0
Рассказ не для креатива случайно?)
Clamp #9 - 2 года назад 0
Что-то подобное я видел в фильме "Элизиум - рай не на земле", там было гигантское кольцо с центробежной силой, там люди жили. Сделать расчет можно, только приблизительный, конечно.
Несколько раз с различными группами весьма неплохо подкованных людей обсуждали эту тему, в итоге с помощью симуляции пришли к выводу о невозможности такого кольца без крыши, ибо газ стремится занять весь доступный объём, а центробежную силу ему придавать нечем.

Это про удержание воздуха. Если говорить о создании эффекта гравитации, то где-то читал о том, что основная проблема заключается в том, что гравитация действует равномерно, а центробежная сила в кольце - только на то, что этого кольца касается.
Nosferoh #10 - 2 года назад 0
о создании эффекта гравитации
Есть экспериментальные генераторы плазмы особо мощные, которые притягивают лёгкие объекты. Симуляция звезды. Сомневаюсь, что с целью создания гравитации можно снабдить этот ваш космический Сигил звездой, растянутой в бублик или сеткой под полом. А вот Звезду Смерти с гравитацией как на обычной планете легко сделать. Гравипластины как в Dead Space — штука неосуществимая ближайшие лет двести.
Clamp #11 - 2 года назад 0
Есть экспериментальные генераторы плазмы особо мощные, которые притягивают лёгкие объекты
Сразу хочется почитать, угостишь чтивом?
Nosferoh #12 - 2 года назад 0
Clamp, в документалке было на научно-популярном канале. Два физика прикалывались. Собрали чугуниевую сферу, ионизировали внутри водород полями под огромным давлением, и получили изолированную микрозвезду. К сфере стали притягиваться ручки, но первыми — металлические предметы вроде пряжек от ремней исследователей. Название канала и шоу не помню.
Ключевые слова подобрать не выходит в поиске Гугля и ТыТрубы.
Clamp #13 - 2 года назад 0
Единственное, что хоть как-то похоже на моделирование звезды в лабораторных услових. Очевидно, что никакой "микрозвездой" это и не пахнет, тем более, что минимальные размеры звёзд сильно больше и составляют по меньшей мере десятки км в диаметре (нейтронные звёзды).
Или обманули тебя, или обманываешь ты.

Кроме того, для возникновения гравитационного поля необходима масса, и чтобы это поле было заметно в условиях земной гравитации, масса искусственного объекта должна быть сопоставима с массой Земли, что, как можно догадаться, на данный момент технически неосуществимо.
Магнитные же поля не новинка, однако в качестве замены гравитационных они, очевидно, несостоятельны.
Nosferoh #14 - 2 года назад 0
Очевидно, что никакой "микрозвездой" это и не пахнет
Как ещё назвать изолированный шар плазмы?
vasex спрашивает про гравитационную установку в условиях космоса. Не известно, как поведёт себя этот генератор плазмы в невесомости. Ну, массы ему не хватает, это точно. А ещё — лучше дублировать планетарное ядро в этой их чугуниевой сфере, а не звезду. У звёзд, похоже, больше, чем два магнитных полюса.
Или обманули тебя, или обманываешь ты.
Кто? Учёные из программы обманули? Вообще, я не с начала смотрел. Тогда пришлось переключить вообще, через минуты три. Так что начало и конец я не знаю. Вот и говорю, что надо найти запись той программы с ТВ.
Clamp #15 - 2 года назад 0
Не известно, как поведёт себя этот генератор плазмы в невесомости.
Чем законы физики в состоянии невесомости принципиально отличаются в условиях стабильной гравитации?
Nosferoh #16 - 2 года назад 0
для возникновения гравитационного поля необходима масса, и чтобы это поле было заметно в условиях земной гравитации, масса искусственного объекта должна быть сопоставима с массой Земли
Либо провести опыт в космосе за пределами области достаточно сильного Земного притяжения, которое вызвало бы погрешности.
А вообще, найти бы ту программу.
Clamp #17 - 2 года назад 0
Либо провести опыт в космосе за пределами области достаточно сильного Земного притяжения
По твоим словам, опыт проводился на Земле. Предлагаю прекратить это обсуждение, по крайней мере до тех пор, пока не найдётся передача.
Nosferoh #18 - 2 года назад 0
По твоим словам, опыт проводился на Земле.
Я сразу так и написал.
Найти не получилось сразу. А долго перебирать ссылки нет времени, помогаю kirlandiya.