Сколько времени потребуется серой слизи, чтобы закончить покрытие планеты размером с Землю?

Размер нанобота обычно составляет от 0,1 до 10 мкм. Для простоты я предположу, что ваши нанороботы находятся где-то посередине с поперечным сечением около 1 мкм ^ 2. Итак, если вы начинаете с 1 триллиона нанороботов, это означает, что ваша первоначальная зона покрытия будет составлять не более 64 см в поперечнике и один слой нанороботов толщиной.

Хотя логика говорит нам, что рост должен быть экспоненциальным, это не обязательно верно в зависимости от того, как слизь рассеивается.

Во-первых, давайте предположим, что он распространяется как бактериальная колония: даже если он будет расти во всех трех измерениях, только те наноботы, которые могут вступить в контакт с сырьем земли, смогут размножаться в любой момент времени. Сначала ваши нанороботы, реплицированные в середине слизи, смогут ползти к краю, позволяя внешнему расширению казаться экспоненциальным, поскольку вы поддерживаете только минимально тонкий слой ботов, так что все боты могут воспроизводиться все время, но в конечном итоге вы достигнет максимальной скорости расширения, ограниченной тем, насколько быстро ваши боты могут ползать.

Самые быстрые одноклеточные организмы, по-видимому, способны перемещаться со скоростью около 1 мм/сек . Если они могут размножаться со скоростью один раз в минуту, то это означает, что только внешние 60 мм любой данной колонии серой слизи могут вносить существенный вклад в скорость расширения колонии. Это означает, что вы можете оценить время, необходимое для того, чтобы покрыть планету, как половину ее окружности в миллиметрах в секунду. Мир размером с Землю имеет окружность ~ 40 000 км; Итак, это означает, что вашей серой слизи потребуется около 634 лет, чтобы она распространилась по всей планете.

Но эта математика не рассказывает здесь всей истории... Если на вашей планете есть ветер и реки, они могут подхватывать наноботов и распространять их гораздо быстрее, чем они могут ползти. Большая река может разнести наноботов на тысячи миль всего за несколько месяцев. Большой шторм, похожий на ураган, может всего за несколько дней разнести ботов по территории небольшой страны. Эти погодные явления гарантируют, что вместо одной медленно расширяющейся капли у вас будут миллиарды крошечных колоний, разбросанных по большей площади.

Если бы в результате погодного явления где-то отложился только 1 нантит, в течение 30 минут он мог бы вырасти до радиуса 60 мм, достигнув максимальной скорости расширения 1 мм/сек. Это означает, что погода может объяснить ускорение процесса до такой степени, что большие части вашего мира могут быть полностью покрыты в течение первых нескольких лет. Чем больше погоды в вашем мире, тем быстрее могут распространяться боты.

Кроме того, возникает вопрос, насколько разумно эти нанороботы могут работать вместе. Макроскопические организмы могут двигаться намного быстрее, чем микробы, потому что мы используем сложное движение клеток, соединенных вместе. Таким образом, если у вас есть тысяча нанороботов, толкающихся в цепочке со скоростью 1 мм/сек, то внешние боты фактически будут раздвигаться со скоростью 1 м/сек. Это означает, что колония, предназначенная для того, чтобы раздвигать себя, может на самом деле открыть пространство для размножения своих центральных ботов, позволяя ей расти со скоростью, ограниченной только прочностью ваших нанороботов и скоростью, с которой они могут перемещать свои части. Хотя микробы могут перемещаться только с очень низкой скоростью, некоторые из них могут расширяться и сжиматься при ускорении до 200 м/с^2.... так что единственным реальным ограничением здесь является то, какое поперечное напряжение могут выдержать боты при расширении. Это становится намного сложнее оценить, но если мы предположим, что эти боты примерно сопоставимы по прочности с макроскопическими организмами, то мы можем предположить, что они, вероятно, могут раздвигаться примерно так же быстро, как макроскопический организм может оттолкнуться от земли, чтобы бежать... поэтому, следуя этой модели, можно было бы предположить, что скорость роста слизи может ограничиваться скоростью, превышающей 100 км/ч.

Если это так, то ваша слизь может распространиться на всю планету своим собственным ходом примерно за 8-9 дней, если предположить, что технология, стоящая за ними, действительно может поддерживать скорость репликации в 1 минуту на поколение все время. Тем не менее, MolbOrg высказывает хорошее замечание в своих комментариях о том, что нехватка мощности и ресурсов сделает 1 минуту репликации на поколение практически невозможной для любых технологий ближайшего будущего.

Чтобы это сработало, вам нужно предположить, что ваши наниты питаются каким-то видом ручного волнения и что они могут воспроизвести себя практически из любой формы материи.

Чтобы поддерживать эту скорость, колония нанороботов должна будет достичь радиуса около 1,7 км и двигаться по земле волнообразно, так что ни одно поперечное сечение не должно фактически выдерживать боковой вес всего 1,7-километрового тела наноботов. Поскольку это терраформирующая слизь, стоит также отметить, что большая движущаяся масса репликаторов не обязательно должна покрывать всю планету. Вместо этого они сформируют то, что выглядит как цунами ботов, которое распространяется по кольцу в 1,7 км по всему миру, оставляя только достаточное количество ботов для терраформирования и перерабатывая остальных, чтобы пополнить то, что было взято из почвы, чтобы сделать вашу серую слизь.

Есть хороший эпизод Skeptoid о нанороботах, который включает ссылку на научную статью с замечательным названием « Некоторые ограничения глобальной экофагии биоядными нанорепликаторами» с рекомендациями государственной политики, в которых этот вопрос рассматривается довольно подробно. Автор рассматривает ряд возможных сценариев, каждый из которых будет развиваться по-разному, но аннотация дает довольно хороший общий ответ на ваш вопрос:

Максимальная скорость глобальной экофагии биоядных самовоспроизводящихся нанороботов фундаментально ограничена используемой репликативной стратегией; по максимальной скорости разлета мобильных репликаторов; по эксплуатационной энергии и потребности в химических элементах; гомеостатической устойчивостью биологических экологий к экофагии; по лимитам экофагового теплового загрязнения (ЛЭТЗ); и самое главное нашей решимостью и готовностью остановить их. Если предположить, что современные и обозримые конструкции рассеивания энергии требуют ~ 100 МДж / кг для химических превращений (скорее всего, для биоядных систем), экофагия, которая протекает достаточно медленно, чтобы добавить ~ 4 ° C к глобальному потеплению (около текущего порога для немедленного климатологического обнаружения) будет требуется ~ 20 месяцев для завершения; более быстрые устройства-экофаги нагреваются сильнее, что позволяет полицейским органам быстрее обнаруживать их.

Основными факторами здесь являются скорость движения нанороботов и их эффективность при преобразовании инородных материалов.

Это, конечно, наверняка учли создатели нанобота. Отдельный нанобот или самая маленькая жизнеспособная группа нанороботов (им, вероятно, нужно сотрудничать, чтобы размножаться — ни один нанобот не может создать репликатор фон Неймана), несомненно, сможет ползать.

Большие скопления нанороботов могли бы летать , организуясь в большие тонкие листы и взмахивая крыльями; катиться , превращаясь в колеса; или бегите , формируя палкообразные конфигурации «ног» и двигаясь таким образом. Максимальная скорость, вероятно, будет ниже 50 км/ч, за исключением, может быть, шоссе или крутых спусков (вероятно, «колесо» будет распадаться на группы нанороботов, но ничего страшного — это может быть даже особенностью).

Я ожидаю, что инфекция серой слизи будет распространяться примерно с такой скоростью, что «заразители» распространят группы репликаторов. Чтобы эти группы не становились слишком маленькими для продолжения локомоторной фазы, по крайней мере, цепляющиеся за землю инфицирующие, вероятно, поглощали материал на бегу, накапливая его внутри (например, во «ступице» «колеса») и используя его для производят новые группы репликаторов. Если какой-то необходимый материал (редкоземельные металлы, некоторые металлы и т. д.) не был найден, подвижные группы либо останавливались и становились сидячими на необходимое время, либо отступали и охотились.

Это также может быть способом сдерживания инфекции или недопущения ее в некоторые области: большой объем бесполезного для размножения материала (например, соленая вода вокруг плавучего острова — плавающая часть защищает от роющих нанороботов), который, тем не менее, позволяет обнаруживать приближающиеся инфекторы. Затем наноботы переключались на пассивные плавающие группы, своего рода «семена», ожидая контакта с уязвимым внутренним объемом. Это можно защитить с помощью чего-то, способного вывести семена из строя или невосприимчивого к их атаке (жесткий ультрафиолетовый свет, ЭМИ-броня, керамика из нитрида бора).

Это зависит от логистики, но, вероятно, несколько лет.

Ваши наниты наводняют обычные кремниевые планеты. Я предполагаю, что поверхность без воды состоит в основном из SiO2, и это все, что волнует нанитов. Они создают атмосферу О2 со стандартным давлением 101,325 Дж/л = 101325 Н/м^2 = 10,1325 Н/см^2. Для земноподобных планет (гравитация близка к 10 м/с^2) мы скажем, что это 1 кг/см^2. Диоксид кремния составляет 2,3 г/см^3, из которых 1,2 г/см^3 приходится на кислород, поэтому нам нужно выкопать 830 см, чтобы получить килограмм кислорода. В процессе мы высвободим почти килограмм кремния в виде нанитов. Земля имеет площадь 5E+8 км^2 = 5E+18 см^2, поэтому нам нужно сделать 5E+18 кг нанитов. (Технически мы могли бы просто выбросить большую часть кремния, но он не выкинет сам себя , если только это не наниты)

Наниты представляют собой хорошо структурированный силицен с «незначительным» количеством кислорода для изоляции цепей. Они очень длинные и узкие и поглощают солнечную энергию в качестве основного источника энергии. Они также могут излучать свет в виде когерентных лучей, направленных друг на друга в качестве источника связи и энергии.

Они движутся и поглощают дополнительную энергию за счет «электропульса». Каждый нанит обладает способностью выбрасывать электрон из своей полупроводниковой матрицы, ускоряя его вдоль длинной оси. Эти быстро движущиеся электроны служат реакционной массой, преодолевая короткие расстояния, где они почти всегда поглощаются другим нанитом.

Контроль электрического потенциала путем отправки или получения электронов (они могут запрашивать их через свой основанный на свете интернет) означает, что они могут создавать электростатические структуры, раздвигая себя зарядом. Вот как они могут быстро подняться в ионосферу, например, чтобы черпать ее энергию. Это также позволяет им создать «электролевитационный поезд» для нанитов, чтобы они могли легко кататься на коньках на большие расстояния в воздушных потоках, которые контролируются перепадами заряда.

Если ограничиться солнечной энергией, наниты могут поглощать только (примерно) 1000 Вт/м^2 или 0,1 Дж/с см^2. Я, возможно, злоупотреблю теплотой образования -910 кДж/моль, чтобы предположить, что нам нужно около 15 МДж, чтобы произвести нужные нам наниты, или 1,5E+8 секунд солнечного света, или 4,8 года. Ой! Что ж, если бы солнечная энергия могла легко отделить камень от планеты, я думаю, у всех нас были бы большие проблемы. Исходя из этого, я полагаю, что другие статистические данные о репликации не имеют значения.

Так что ответ на самом деле зависит от того, какие источники энергии они могут извлечь. Ветер очевиден — собираемый на каждом уровне все время, он может быть очень существенным, но насколько хорошо вы можете сделать это с помощью электростатической сети нанитов, мне не ясно.

Возможно, что наниты могут поглощать электрический потенциал в атмосфере , ионосфере, даже в радиационных поясах Ван Аллена, передавая электроны; однако делать это эффективно, не теряя слишком много энергии в сопротивлении, - непростая задача дизайна.

Планета может предоставить некоторые встроенные источники химической энергии, хотя я сомневаюсь, что их будет много. Тем не менее, наниты могут копать и искать полезные ископаемые. Но с кислородом в качестве конечного продукта сжигание абиотической нефти, если оно существует, не принесет никакой пользы!

Я собираюсь пойти с "несколько лет" здесь.

Наномашины, сын

Общее описание апокалиптических сценариев GG упускает из виду 2 или 3 важных момента.

1. Не каждый материал можно использовать для создания наномашин - спецификация
2. Строительство, добыча и т. д. требуют энергии, которую нужно получать из внешней среды, и нет, это не может быть магией высасывания тепла, просто потому, что это наномашины, сынок, — никакая подобная деятельность не может нарушить правила, которые мы хорошо знаем на макроскопическом уровне. масштаб только потому, что это какие-то наномашины.
3. Это можно объяснить инерцией мышления, когда людям приходит в голову идея наномашин, они пытаются решить с их помощью все и всякие проблемы, совершенно упуская из виду, что они являются хорошим средством для создания макроскопических конструкций - машин, инструментов. , и т.д. - вещи, с которыми мы более знакомы, особенно если это лучше подходит для задачи. Что они действительно добавляют в качестве инструмента, наномашины, так это гибкость и простоту во всех масштабах, от нано до макро.

Что это значит

Читая текущие ответы, кажется, что все пропустили пункт 2 и начали рассматривать «проблему» передвижения, которая не является проблемой из-за пункта 3.

Один ответ пытается предположить некоторую степень сотрудничества, но давайте сформулируем несколько предложений о том, как это должно быть на самом деле.

Вы не делаете наномашины для того, чтобы они размножались, нет смысла в том, чтобы они реструктурировали какие-то материалы в себе с целью реструктуризации. Я имею в виду, как только вы сделаете это в первый раз — конечно, это круто и все такое, но следующий шаг (на самом деле задолго до того, как вы добьетесь успеха с первым) — это рассмотреть и спроектировать вещи так, чтобы вы могли их практически использовать. Таким образом, у GG должно быть практическое применение, и не такая уж плохая идея применить существующие полезные применения для терраформирования планет, как в случае с OP.

ИДК, давайте приведем несколько простых примеров, какие полезные вещи могут делать наномашины, как могут выглядеть практические вещи, и в то же время, чтобы они были меньше похожи на универсальный репликатор материи (которым они в любом случае не могут быть).

Я предполагаю, что многие могут быть знакомы с терминами аддитивное и субтрактивное производство — аддитивное производство — это ваш обычный 3D-принтер (и другие, более фабричные подходы, подобные этому), процессы вычитания — это в основном резка и производство металлической стружки.

Наномашины могут сочетать в себе и то, и другое, являясь всего лишь одним субтрактивным производственным процессом.

• это не означает, что они также не могут быть аддитивными, и, как правило, я думаю, это представление о том, что они просто аддитивны, но они не обязательно должны быть аддитивными, и есть множество проблем, чтобы они были аддитивными. Но как лучшие и более гибкие резчики, они действительно могут что-то изменить, сэкономить много энергии, решить множество проблем.

Все, что мы сегодня печатаем в 3D, может быть вырезано с помощью наномашин. Им не нужно производить много стружки для формовки заготовок на детали, как и электроэрозионный станок, они могут делать микроскопические разрезы любой конфигурации (электроэрозионный станок хорош для разрезов 0,2 мм, но нм может сделать лучше на 2 порядка с любой конфигурацией поверхности реза). чего не может EDM, как и никакая другая технология). Это может быть вполне процесс, который мог бы заменить все (99%) нынешние производственные процессы, не полагаясь на какое-то волшебное взаимодействие нано-нано-инструмента (наномашины, gg, nm) и сырья, заготовок и т. д.

Таким образом, нет ничего странного в таких задачах, как вырезание каменных шестерен и колес и создание отражателей и двигателей Стирлинга на раннем этапе для решения проблемы передвижения — я имею в виду, что в основном существует множество способов решить эту «проблему» — самолеты, лодки, подводные лодки, цеппелины и т.д. и т.п. Самолет, который может быть размером и массой типичной пенопластовой модели и быть способным засеять большую территорию, или это может быть парк цеппелинов грузоподъемностью в тысячу тонн - как большие плоские пузыри, плавающие и поглощающие энергию.

EROEI — это ключ к каждому расширению начальной загрузки.

EROEI — важный аспект любого расширения. На самом деле бессмысленно устанавливать 2-минутное время репликации, и, кстати, довольно быстрые бактерии делают это за полчаса, и это более разумное число, если вам нравится махать рукой.

Важный вопрос заключается в том, сколько энергии нужно вложить в обработку материалов и создание нанороботов и сколько энергии это может принести взамен.

К сожалению, это зависит от технологии этих нанороботов, и поэтому, пока мы не получим практические характеристики такой технологии, мы будем вынуждены делать предположения. Однако эти предположения не обязательно должны быть необоснованными. И очень полезно сломать эту коробку менталитета, что все должно быть сделано наномашинами, и принять представление о том, что наномашины являются смазкой в ​​процессах и могут выглядеть или быть похожими на макропроцессы, которые мы знаем.

Делая это (нарушая коробку) правильным способом, мы по-прежнему оказываемся на территории предположений, даже если мы хотели бы использовать существующие технологии для оценки верхних пределов процессов, используя в качестве примера фотогальванику, потому что трудно найти реальные цифры для этих процессов. и это зависит.

Но в целом есть цифры, что мы можем увеличить выработку энергии силовыми установками, удвоить ее за 2-3 года. По многим причинам, таким как меньше отходов при резке пластин (только здесь улучшение в 2-3-4 раза), использование меньшего количества металла, более высокое использование материалов, лежащих вокруг, меньше энергии для изготовления кирпича (просто из-за отсутствия лучших слов и примеров) материалы с меньшим энергопотреблением, меньше энергии для изготовления цементоподобных материалов, лучшее повторное использование этих цементоподобных материалов (почти 0 энергии для этого), отсутствие правил из-за разных целей и т. д. может быть вполне разумно предположить, что число 2 -3 года можно существенно понизить, но на сколько точно неизвестно, на порядок угадал бы легко, на два порядка не удивился бы.

Тем не менее, в дороге будет много предположений, будем надеяться, что OP удастся сделать это интересным способом самостоятельно или с помощью дополнительных вопросов на WB.

потенциал, разумный сценарий, верхний предел и спецификация

• это конечно ИМХО, имея в виду особую технологию, 2D-наномашины, спецификация которых выходит за рамки.
• также упомянуть проблему со спецификацией материалов, которую я забыл сделать ранее

Технология наномашин, которую я имею в виду, использует в основном углеродные нанотрубки и может быть легирована некоторыми другими материалами, но ничего экзотического, как редкоземельные материалы, а больше похоже на ваш типичный силикон.

• то представление, что наномашины можно сделать из любого материала, поглотить или превратить всю планету в наномашины земного шара, используя его на 100 процентов - оно не имеет отношения к реальности - намек? Химия.

Основываясь на оценке, связанной с космосом, где я использовал существующие технологии, где-то в моих ответах удвоение происходит за 3-5 дней (без нанотехнологий), верхний предел, который слишком щедр, - это то, как сегодня обстоят дела на планете, удваивается за 2 -3 года.

Таким образом, необходимо оценить, сколько энергии может стоить 1 кг нанотехнологий - здесь может помочь химия, хотя в этом 1 кг, вероятно, хранится случайное число 12 кВтч / кг (в паре с нефтью).

Одна из последних вещей, которые нужно выяснить или предположить, — это эффективность извлечения энергии из окружающей среды, такой как солнечный свет, скажем, 10-20 процентов, и эффективность использования этой энергии для извлечения списка материалов из окружающей среды и использования для производства. хранить/рекомбинировать его в наномашинах, давайте с теми же 20 процентами.

И последнее, сколько энергии может произвести этот 1 кг наномашин, довольно большой вопрос, давайте оценим это по кремниевой пластине толщиной 50 микрон, с 10-процентным КПД, 2,33 грамма / см3, так что 1 кг достаточно примерно для 400 мл наномашины. вещь, и смазанная толщиной 0,005 см ( почему Google получает вещи в г на см, так неправильно, Google использует метрические единицы это кг на кубический метр; SpaceX использует метры в секунду ), что дает нам 80 000 квадратных сантиметров и обратно метрический мир это 8 квадратных метров.

• 50 микрон - довольно щедрое предположение, 10 может быть достаточно, но....

Это дает нам инвестиции в 12 кВтч, которые могут производить в солнечные дни около 1 кВт в час с 10-процентной эффективностью и удвоить с 20. При 20-процентной эффективности использования энергии для создания ботов мы получаем 30-60 солнечных часов, что наверное, что-то вроде 5-10 дней на дубль.

Если взять 10 дней, начиная с 1 м2, имея планету размером с Землю (кстати, вода не является проблемой для распространения), мы получим примерно 49 циклов (ln(площадь поверхности)/ln(2)) или 490 дней. (Или любое количество дней (минут, часов) в цикле, умноженное на 49)

Создать слой в 10 микрон на поверхности планеты со 100-процентным покрытием. Этого недостаточно для целей терраформирования, но в этот момент система достигает узкого места производства энергии. И если в воздухе еще достаточно источников углерода, то он может расти линейно, возьмем это число в 50 микрон, то есть по 5 микрон в день. Через год покрытие толщиной 1,5 мм, если не сломать коробку, упомянутую в пункте 3 интро, то ее все равно может не хватить, в противном случае это весьма могучая сила.

источники энергии

Под земной корой магма может быть весьма мощным источником энергии, а наномашины могут быть инструментом для ее достижения и работы с ней.

На планетах, подобных Венере, атмосфера может использоваться как весьма мощный источник энергии.

В обоих этих случаях хорошо, что накопленная энергия сохраняется, и это в основном зависит от ваших способностей извлекать ее, то есть поднимать узкое место, но в то же время воздействовать на всю планету с желательными (венера) или нежелательными эффектами. (земля).

Потенциальное органическое вещество, присутствующее на планете, может быть использовано в качестве источника энергии.

Уран и его друзей можно использовать, но это не очень удобно и не стоит того в долгосрочной перспективе, но если на него приземлится, то почему бы и нет в начале.

Слияние может быть, если условия правильные и технологии позволяют это, а список материалов для него достаточно доступен - есть несколько интересных подходов к синтезу, которые не используют в качестве примера сверхпроводники, наномашины, такие как синтез, но это зависит.

Чтобы запустить что-то в космос, не требуется так много времени, структура размером с город со смазкой наномашин может сделать это легко, и тогда энергетическое узкое место в принципе не существует, как это было упомянуто здесь, пределы будут иметь более сложную конфигурацию. , все-таки речь пойдет об энергетике. Выход в космос может быть полезен на 20-м цикле или что-то в этом роде (начиная с 1 м2), если двойное время измеряется в годах, это может сэкономить некоторое время, и это имеет смысл после 49-го цикла с коротким двойным временем.

Хорошо, на данный момент у нас все еще недостаточно информации для расчетов "Сферическая корова в вакууме". (Это не дало бы нам правильного ответа. В этом случае мы бы предположили, что конечная масса нанитов равна начальной массе планеты.)

Причина, по которой это не сработает, заключается в том, что у нанитов не будет материала для безудержного экспоненциального роста. В центре массы наниты не будут иметь доступа к материалу. Только наниты на краю массы, где есть подходящее сырье, смогут воспроизводиться.

В крупном масштабе мы в конце концов увидим кольцо нанитов на краю нанитовой массы, которое достаточно близко к краю, так что любые дочерние наниты, которые они производят, доберутся до края до того, как расширится. Толщина этого кольца будет зависеть от относительного отношения скорости воспроизведения к скорости транспортировки. Если скорость транспортировки выше, то наниты, находящиеся далеко от границы, могут эффективно добавлять дочерние наниты к границе массы. Если скорость воспроизводства достаточно выше, то только наниты на краю массы будут эффективно вносить свой вклад, поскольку к тому времени, когда любые другие наниты доберутся до того, что раньше было краем, они будут еще дальше.

В случае ситуации с преобладанием транспорта время, необходимое для этого, составляет примерно половину окружности планеты, деленную на скорость транспорта. Весь процесс займет немного больше времени, так как масса нанита должна вырасти настолько, чтобы кольцо эффективного воспроизводства было достаточно большим, чтобы обслуживать периметр.

В случае с преобладанием размножения время, необходимое для этого, равно половине диаметра планеты, деленному на размер нанита, умноженному на время размножения.

Ветер, вероятно, будет основным методом рассеивания.

Наноботы не будут такими быстрыми, как микробы, поэтому их будут двигать в основном ветер и естественные течения. Как только они достигают места, они быстро увеличиваются в количестве и, вероятно, распространяются со скоростью несколько сантиметров в час.

Ветер движется со скоростью около 10 километров в час, а длина окружности земли составляет 40 000 километров. Таким образом, для распространения в большинстве мест по всему миру потребуется около 2000 часов или четверть года. Как только они достигают какой-либо точки, их быстрая репликация позволит им быстро преобразовать все, распространяясь с очень медленной скоростью.

Город будет конвертироваться медленнее, потому что в нем много ветрозащитных барьеров. Это может занять несколько недель или месяцев, в зависимости от размера, чтобы обойти все вокруг.