Возможности бесконечной энергии?

Это моя любимая тема, потому что я могу затронуть одну из самых изящных вещей в математике: теорему Нётер. Теорема Нётер — это теорема, которую можно применить к так называемым лагранжевым системам, из которых состоит почти все, что, по нашему мнению, представляет собой физика Вселенной.

Теорема Нётер утверждает, что для каждой симметрии (т. е. признака, который не изменяется при некотором преобразовании) существует соответствующее сохраняющееся значение. Как оказалось, временная симметрия Вселенной, которую можно сформулировать как «законы физики не меняются со временем», явно ведет к сохранению энергии. Любая система, которая не сохраняет энергию, должна быть либо нелагранжевой, либо фундаментально требовать изменения законов физики с течением времени!

Вообще говоря, неразумно играть слишком много игр с нелагранжевой механикой. Чтобы сделать общую теорию относительности лагранжевой, необходимы некоторые поправочные коэффициенты, но кроме этого, лагранжева механика доминирует в области физики, поскольку она нарушает ньютоновское движение (которое является нелагранжевым из-за трения, пока вы должным образом не сделаете поправку на потерю энергии).

Ни один разумный ученый никогда не предполагал, что вечное движение возможно, не говоря уже о вечном производстве полезной энергии, с использованием каких-либо постижимых средств (примечание: энергия нулевой точки рассматривается наукой как источник энергии, но не полезная энергия, которую можно использовать, и Многие предсказывают, что эффект Казимира является результатом только КЭД, а не каких-либо вакуумных источников энергии). Соответственно, если вам нужна такая машина для питания ваших островов, просто полностью уходите от науки. Вместо этого сделайте систему магической и решите сузить ее магию почти додействующая физика, за исключением неприятной тенденции генерировать полезную энергию из ничего. В качестве альтернативы найдите неизведанный способ хранения большого количества энергии в небольших объемах (например, Корабельные камни Хайнлиена). Это не может произвести вашу бесконечную энергию, но если бы у них был источник некоторого произвольно большого конечного количества энергии для зарядки заранее, они могли бы продержаться достаточно долго.

И если вы проведете расчеты самостоятельно, то поймете, что количество энергии, необходимой для поддержания парения острова, даже самым неэффективным из возможных способов, не является даже каплей в море по сравнению с энергиями, которые проявляются в звездах. Черт возьми, если бы энергия, необходимая для левитации ваших островов, была бы каплей в море для более крупного масштаба энергии, то все это ведро не было бы даже каплей в море для энергетического бюджета солнца.

То, о чем вы просите, относится к вечному двигателю второго рода и невозможно ни по каким законам физики.

Проще говоря, энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, ее можно только перемещать из места с высокой плотностью энергии в место с низкой плотностью энергии, забирая при этом часть перемещаемой энергии для совершения другой работы.

Вышеупомянутое простое объяснение относится ко всем без исключения процессам. Представьте, что у вас есть река, вы строите турбины в потоке. Вода на возвышенности имеет более высокую плотность энергии (потенциальную энергию), вода на низменности имеет более низкую плотность энергии, обычно разница рассеивается за счет трения и других процессов. Ваши турбины, однако, берут часть энергии и производят электричество, но вы не можете использовать эту энергию для питания насосов, которые будут перекачивать воду обратно на возвышенность, производимая энергия намного ниже, чем разница в энергии между уровнями высоты. Вам нужно полагаться на другие процессы, чтобы пополнить свой резервуар на возвышенности. В этом случае вы полагаетесь на солнце для испарения воды, которая позже конденсируется и выпадает в виде дождя, наполняя реки и озера. То же самое относится ко всем без исключения процессам.

Теоретически, используя обратимые процессы, вы можете получить машину, которая может двигаться вечно, но не производя никакой полезной работы — вращающиеся планеты подходят очень близко, они теряют очень мало кинетической энергии и, по-видимому, движутся вечно, но если вы потратите часть этой энергии на выполнение полезная работа, это замедлит планету.

При этом есть некоторые решения, в зависимости от того, чего требует ваша история, и насколько «мягким» вы готовы пойти с научно-фантастическим аспектом.

Первый: плавающий. Плавание требует активного противодействия гравитации, это плохо, так как требует огромных затрат энергии, если вы активно используете для этого двигатели. Будет здорово, если вы сможете заменить это на орбиту. Дуглас Адамс писал, что полет — это искусство падать и промахиваться мимо планеты. Это отличная шутка, но когда речь идет об орбите, это совершенно верно — вы постоянно падаете, но ваша скорость движения вперед достаточно высока, чтобы вы «промахивались» по земле и оставались в космосе. Если они должны плавать в атмосфере, сделайте их цеппелинами — получение водорода для замены потерянного газа тривиально по сравнению с другими проблемами автономного города.

Второе: энергия. Вам нужен энергетический резервуар, обычно называемый «топливом», и вам нужно время от времени «заправлять» свои генераторы, это неизбежно, если вы хотите пойти полусложным научно-фантастическим путем. Лучшее, что вы можете сделать, чтобы избежать обслуживания, — это автоматизация. Вот несколько диких идей, которые можно масштабировать и относительно легко заправлять роботизированными кораблями.

1. Термоядерный синтез на основе имплозии может быть чрезвычайно масштабируемым — возьмите пластиковую таблетку, наполненную дейтерием, нагрейте ее лазером, чтобы взрывом испарить ее, взорвав дейтерий и форсировав синтез. Доказано, что он работает, и предполагается, что его можно использовать в качестве портативного источника питания. Предположим, что то же самое можно сделать с водородом, питайте свои острова токамаками или просто сотнями увеличенных генераторов и позвольте своим людям добывать водород из внешних слоев солнца. Не бесконечный, но фактически не беспокоящий, если вы не начнете тратить эту энергию на создание материи + антиматерии для создания целых планет.
2. Есть некоторые неизвестные о СРТ-симметрии, где вы, вероятно, могли бы скрыть ошибки и небольшую ложь, ведущие к прямому преобразованию материи в энергию, без необходимости использования антиматерии (антиматерию нельзя добывать, поэтому использование антиматерии в качестве топлива похоже на перекачку воды вверх по течению). Это даже отдаленно не теоретизировано, поэтому вы можете сходить с ума от масштабируемости, в любом случае вы ограничены E=m*c^2.
3. Испарение черных дыр. ЧД массы Земли имела бы горизонт событий всего 3 см в диаметре и медленно испарялась. Чем меньше ЧД, тем быстрее она излучает энергию. Утверждают, что существует «золотая зона», в которой ЧД живут относительно долго и излучают достаточно энергии, чтобы быть полезными в качестве источников энергии. Используйте энергию термоядерного синтеза или что-то в этом роде, чтобы вызвать коллапс все более крупных объектов, пока вы не достигнете оптимального размера. Сделайте сладкое пятно массой порядка массы астероида для островов и нескольких килограммов для персональных генераторов, таким образом, у вас будет много топлива на руках. Предупреждение: я не исследовал точные значения, и вы все равно ограничены E=m*c^2.

Если ничего из вышеперечисленного вам не нравится, просто пойдите «маршрутом черного ящика» и пусть инопланетяне или безумный гений изобретут его. Людям в вашем мире не нужно понимать, как это работает, чтобы воспроизвести его — вам не нужно понимать термодинамику или химию, чтобы построить автомобильный двигатель, если у вас есть чертежи, но вам нужны термодинамика, химия и многое другое, чтобы улучшить его. или масштабируйте его любым способом, кроме добавления большего количества цилиндров. Наложите некоторые ограничения на характеристики, чтобы это устройство не могло быть ответом на все и каждую потребность, потому что это сделало бы историю скучной, и у вас могут быть истории, в которых люди пытаются понять, как решить проблемы с большей энергией, или приходится переделывать свои решения, когда одно из устройств выходит из строя.

Традиционный взмах рукой, чтобы получить вам фактически неограниченную энергию (но не бесконечную энергию, которая уничтожила бы вселенную), состоит в том, чтобы сказать, что он основан на извлечении энергии нулевой точки . Поскольку никто понятия не имеет, как это можно сделать, никто не может сказать, что вы делаете это неправильно.