Я собираюсь оставить это приземленным, и единственное «волшебство» — это механизм расщепления атомов. Я собираюсь соблюдать основные законы Вселенной, такие как сохранение энергии и эквивалентность массы и энергии. В основном, «достаточно продвинутая технология» магии .

Здесь важны несколько основных физических законов:

1. Энергия не может быть создана или уничтожена .
2. E=mc^2 : энергия = масса, умноженная на квадрат скорости света.
3. Законы термодинамики .

Где вы возьмете/поместите всю эту энергию?

Это основной, основной вопрос любого научно-фантастического гаджета: либо получение необходимой энергии, либо рассеивание произведенной энергии.

И деление, и слияние атомов связаны с небольшим изменением массы, которое, в свою очередь , высвобождает или требует огромного количества энергии , в зависимости от того, что взрывается или плавится. Масса мала, но квадрат скорости света составляет что-то вроде 9e16 м^2/с^2, что является очень большим числом, а частиц очень много. 82 грамма свинца содержат 6e23 атома . Эти числа быстро умножаются .

Стабильные атомы требуют энергии для разделения или слияния

Деление и синтез не всегда производят энергию. Они делают это только при переходе от менее стабильной конфигурации к более стабильной. Например, гелий более стабилен, чем два атома водорода, поэтому солнечный синтез производит энергию.

По сути, вы кладете в машину фунт железа, выбираете производство из него свинца, ждете столько, сколько необходимо, а затем уходите с фунтом свинца.

Это особенно интересный пример. Вы выбрали два самых стабильных атома во Вселенной . Это означает, что вам придется вложить много энергии, чтобы изменить их.

Железо — последний элемент, образующийся в процессе звездного синтеза непосредственно перед тем, как звезда станет сверхновой; железо настолько стабильно, что даже сверхгигантская звезда не может превратить железо во что-то другое. Для этого вам нужна сверхновая.

Свинец также чрезвычайно стабилен . В отличие от железа, это конечный продукт распада многих радиоактивных изотопов . Например, если вы начинаете с куска урана-238, который распадается (естественно, примерно через 4 миллиарда лет) на торий-234. Примерно через месяц, который распадается до протактиния-234 примерно на минуту, вы получаете уран-235 еще на 200 000 лет или так. Он проводит около 70 000 лет, бездельничая как Торий, дурачится как Радий в течение 1000 лет, проводит короткий 4-дневный отпуск как Радон 222 и, наконец, прыгает между различными изотопами полония, висмута и свинца, прежде чем окончательно приземлиться на свинец 206 навсегда .

Все эти атомы нестабильны, кроме последнего — свинца 206. Каждый этап этой реакции, каждый раз, когда атом спонтанно шипит или плавится, высвобождает энергию.

Поскольку свинец и железо настолько стабильны, преобразование их во что-либо еще потребует огромного количества энергии. Сплавление железа или большего размера - это чистая потеря энергии.

Деление и синтез должны преодолевать очень сильные силы

Вы не можете просто взять пару крошечных волшебных пинцетов и разделить атомы. Атомы чрезвычайно тесно связаны друг с другом.

Деление — это выбивание частицы из ядра. Ядро удерживается воедино сильной силой , которая, как вы уже догадались, очень, очень сильна, но только на очень коротких расстояниях. Он достаточно силен, чтобы держать все те положительно заряженные протоны, которые хотят разлететься из-за электромагнитной силы , плотно упакованными вместе.

Деление должно преодолеть сильное взаимодействие с большим количеством энергии, как свистящий нейтрон, врезающийся в ядро, плюс удача с квантовым туннелированием , чтобы перепрыгнуть через этот последний пробел. Это может толкнуть ядро ​​настолько, что частица уйдет достаточно далеко, чтобы электромагнетизм преодолел сильное взаимодействие, и она со свистом улетит прочь.

Fission делает то, что хочет

Вы не можете просто вытащить кучу протонов и нейтронов из свинца, пока не получите железо. Цепочки распада деления довольно хорошо определены и будут делать то, что хотят. Вам нужно будет найти цепочку, которая приведет к железу, или ввести больше магии.

Fusion ведет себя немного лучше. Вы можете разбивать гелий на различные частицы, чтобы увеличить вес. Звезды создают железо таким образом в процессе сжигания кремния , как только они завершают синтез кислорода и происходит при температуре 3 миллиарда Кельвинов. И тут в него врезается взрывная волна от разрушающегося ядра звезды. Итак, мы говорим о большой энергии и давлении.

В заключение: не без большого количества Handwavium

То, что вы просите, это репликатор Звездного Пути.

И да, вполне возможно, что вы использовали бы ядерное деление и синтез, чтобы напоить своего капитана чашкой чая, это представляет собой такое ошеломляющее злоупотребление энергией и технологиями, что даже сценаристы «Звездного пути» не могли с этим справиться и начали вводить галеры в их корабли.

По той же причине мы не превращаем свинец в золото, хотя и можем. Хотя это технически устойчиво в том смысле, что мы не добываем остатки сверхновой, это ошеломляюще неэффективно , если у вас нет огромного источника энергии... такого как варп-двигатель на антиматерии. Но даже эта антиматерия должна быть получена откуда-то с помощью энергии, это как батареи большой емкости в «Звездном пути», которые иногда взрываются. Лучше добывать остатки сверхновой, тщательно перерабатывать элементы и использовать старые простые химические реакции.

С другой стороны, мы все используем мобильные суперкомпьютеры, глобальную волоконно-оптическую сеть и орбитальную спутниковую систему позиционирования, чтобы смотреть видео о кошках, играть в игры и заказывать пиццу. Все за 20 долларов в месяц.