Я где-то читал об этом, но сейчас не могу найти сайт. Речь шла об использовании в будущем 3D-принтеров, которые могут поглощать любую материю (грязь, мусор и т. д.) и разлагать ее на атомном уровне до электронов, протонов и нейтронов, а затем использовать оставшиеся субатомные частицы для создания что угодно, переставляя эти частицы в необходимую форму для того, что вы хотите сделать. Это, безусловно, окажет огромное влияние на наш образ жизни, поскольку вы сможете использовать свои собственные человеческие отходы, например, для производства всего, что захотите, если будет достаточно частиц. Но возможно ли это теоретически?
Начнем с молекулярного случая. Диссоциация атомов в молекулах на свободные атомы возможна при достаточном нагревании их, чтобы разорвались все связи; эта энергия диссоциации связи составляет менее примерно 1 МДж на моль конкретной связи в веществе. Затем, в принципе, их можно снова собрать в другие молекулы с теми же атомами, и энтальпия их образования восстанавливается . Задача здесь состоит в том, чтобы отделить разные атомы друг от друга (например, с помощью плазменного масс-спектрометра), что имеет неизбежные термодинамические затраты, которые являются отрицательными по отношению к свободной энергии Гиббса смешения (для 50% смеси это около 5 кДж/ крот). Плюс, конечно, фактическая сборка с использованием подходящего производства с атомарной точностью.
На бумаге стоимость энергии будет равна разнице между энергией диссоциации и энтальпией образования плюс стоимость энергии разделения за вычетом энтальпии смешения. В идеале все это адиабатические процессы, мягко подталкивающие к желаемому результату с минимальным увеличением энтропии. На практике это будет намного больше, поскольку эти процессы не выполняются идеально: существуют огромные колебания энергии и температуры, которые вызывают увеличение энтропии, которое необходимо «вымывать» с помощью отработанного тепла. Вышеупомянутый подход «нагрев для разборки, разделения, охлаждения и повторной сборки», вероятно, будет иметь затраты энергии, сравнимые с задействованной энергией в несколько раз.
Ядерный случай точно такой же. Вы можете фотодиссоциировать Fe в 13 альфа-частиц и 3 нейтрона, поражая ядро фотонами с энергией 124 МэВ; нагревая ядра вещества до Следовательно, он может быть преобразован в свободные нуклоны и альфа-частицы, которые затем в принципе могут быть разделены, охлаждены и слиты в другие изотопы с затратами/выигрышем общей энергии в зависимости от различий в энергиях связи. Термодинамика выглядит так же: вам придется заплатить минимальную стоимость около 5 кДж/моль нуклонов только для разделения типов и, скорее всего, заплатить огромную цену за весь процесс.
Если у вас неправильное количество нуклонов, вы можете подняться еще выше до температуры Хагедорна. K, где барионная материя «плавится» и извлекает новые частицы из кварковой плазмы, но это, вероятно, приведет к потере большей ее части в виде неуловимых частиц, таких как нейтрино или антилептоны, оставшиеся после распада пиона (когда вы получаете антивещество в качестве побочного продукта, это это намек на то, что вы делаете что-то не так!)
Мораль в том, что материя взаимопревращаема. Но переставлять его "очевидным" способом очень энтропийно и энергозатратно. Интеллектуальное производство находит наименее энергетические переходы, где каждый шаг близок к термодинамически обратимому. Как правило, это означает сохранение больших деталей как можно более неповрежденными и изменение только того, что необходимо изменить: большая часть нанопроизводства, скорее всего, будет включать перерабатываемые стандартные детали, при этом наиболее энергоемким процессом является изготовление этих стандартных деталей (которые затем упаковываются в качестве исходного сырья). . Конечно, для пользователя это может выглядеть довольно волшебно. Но устройство по-прежнему будет иметь шнур питания, здоровенный охлаждающий вентилятор, вход для исходного сырья... и, вероятно, будет регулярно раздражать нас сообщениями об ошибках «недостаточно тулия» и «графенового варенья».
Да, это теоретически возможно. На самом деле, это уже сделано для некоторых трансмутаций. Но даже при превращении свинца в золото в настоящее время стоимость процесса (по крайней мере, этого процесса) непомерно высока.
пользователь107153