Si tuviéramos una máquina de duplicación que pudiera generar un elemento deseado sin recursos, excepto el poder del sol, ¿cómo impactaría esto a la Tierra, a los humanos, a la economía, etc.? Truco de Vida y Tiempo Feliz Lifehacker

P: Si tuviéramos una máquina de duplicación que pudiera generar un objeto deseado sin recursos, excepto el poder del sol, ¿cómo impactaría esto a la Tierra, a los humanos, a la economía, etc.?

Está bien, vamos a correr con esto. Primero, esta máquina, por supuesto, no es mágica, por lo que su energía y material deben equilibrarse con su energía y material. Entonces, para evaluar su impacto en nuestras vidas, primero debemos tener una estimación de cuál es su impacto en términos de recursos. Lo sé, es solar, pero cuánta energía se va a tomar, cómo se puede acumular este poder en el lapso de tiempo y qué equipo debe estar presente para apoyar esto. Creo que, de manera intuitiva, podemos entender que un panel solar del tipo que pueda ver cargando una batería para cargar su teléfono celular se quedará corto.

Bien, hagamos algunas suposiciones altamente técnicas y muy bien respaldadas que, en ingeniería, nos gusta llamar WAG o suposiciones estúpidas. Vamos a asumir que:

Sea lo que sea esta máquina, cualquier consumo de energía que no esté dirigido hacia la replicación es insignificante y se puede descartar.
¡La eficiencia es tan sorprendente como la tecnología! El 100% de la energía obtenida de la radiación solar se convierte en materia sólida.
El total de la energía adicional que requerirá el material creado para su estado, temperatura y estructura de enlace también es insignificante (no lo es, pero creo que encontraremos que, comparada con la energía requerida para la creación, es) y puede Se descontará.
Los materiales creados están en sus proporciones isoméricas naturales.
El material se crea en la forma requerida, sin costo adicional de energía y sin necesidad adicional de fresado o acabado.

De acuerdo, hagamos un escenario simple. Es mi turno con la máquina y me gusta dibujar. Tengo un buen cuaderno de bocetos de antes (¡Gracias, máquina!) Pero ahora necesito algo para dibujar. Me gusta hacer dibujos de carbón, así que lo que quiero es literalmente palos de carbono. Digamos 1 kilogramo , así que no tengo que volver por más en el corto plazo.

La Teoría de la Relatividad Especial de Einstein nos dio una famosa ecuación que equipara energía y materia, y sabemos que lo que obtengamos de la luz solar estará en forma de energía. Por lo tanto, usaremos esta ecuación para determinar cuánta energía necesitaremos para mi 1 kg de carbono. Ya que hemos estipulado en nuestras suposiciones que la única atracción de energía está en la creación real, el hecho de que su carbono y la estructura en la que se necesita no nos importa, solo su masa.

[math] E = mc ^ 2 [/ math]

Donde [math] E [/ math] es la energía que necesitaremos en julios , [math] m [/ math] es la masa de nuestra materia en kg , y [math] c [/ math] es la velocidad de la luz en un vacío, dado en metros por segundo .

[math] E = (1 kg) (299,800,000 m / s) ^ 2 = 89,880,040,000,000,000 J [/ math]

Podemos hacer una pequeña conversión de unidades para poner esto en términos más útiles, ya que sabemos que un vatio es una J por segundo y que 1000 W es un kilovatio , luego generar esta cantidad de energía cada segundo requeriría colectores solares capaces de acumular 89,880,040,000,000 kW de potencia (energía por segundo). ¡Gracias a Dios que esta máquina es de alguna manera 100% eficiente!

Ahora, para tener una idea de cuánta energía se acumula por unidad de área por el panel solar promedio, recurriremos a Evergreen Solar y Canadian Solar:

Tamaño de los paneles solares

Panel solar canadiense CS6P-250P de 250 vatios

Por lo tanto, un panel solar de 250 W mide aproximadamente 1,65 m por 1 metro (y un grosor de aproximadamente 0,04 m), para un área de 1,65 metros cuadrados.

Entonces, cuatro de estos paneles proporcionarán un kW de potencia (eso es 4 por kW o [math] 4 kW ^ -1 [/ math]). Por lo tanto, [math] 4 kW ^ -1 × 1.65 m ^ 2 = 6 m ^ 2 / kW [/ math].

¿Cuánta superficie necesitaremos dedicar a los paneles para producir mi kg de carbono?

[math] 89,880,040,000,000 kWx6 m ^ 2 / kW = 539,280,240,000,000 m ^ 2 [/ math]

Un kilómetro cuadrado es igual a 1 millón de metros cuadrados, por lo que el área total de terreno que deberíamos cubrir para generar 1 kg de carbono (en un segundo) es:

[math] 539,280,240 km ^ 2 [/ math]

El área de tierra de América del Norte (que incluye los 48 estados contiguos de EE. UU. Más Alaska, Canadá, México y los países de América Central, pero todas las islas periféricas) es:

[math] 24,710,000 km ^ 2 [/ math]

Entonces, pueden ver que tenemos un problema.

De hecho, ¡el área de superficie total de la Tierra (incluidos los océanos) es solo [matemáticas] 510,100,000 km ^ 2 [/ matemáticas]!

Está bien, así que cubre todo. Solo tengo que esperar un poco más por mi carbono que un segundo. Estoy bien con eso.

En realidad, como solo la mitad de los paneles estarían a la luz del sol en un momento dado (menos, en realidad, considerando la cubierta de nubes) es posible que tenga que esperar varios segundos.

“¡Espere! ¡No podemos cubrir la Tierra con paneles solares! ¡Eso es imposible y poco práctico!

Estoy de acuerdo. Así que realmente, tenemos que cortar de esta manera, de regreso. Tal vez sólo Australia. Y cubrimos Nueva Guinea con baterías para contener todo el jugo que hacemos. Ahora, puede tardar varias horas.

Para, ya sabes, hacer mi 1 kg de carbono. Y la línea de personas que también quieren cosas se está extendiendo detrás de mí.

Por lo tanto, para responder a su pregunta:

Este dispositivo sería una curiosidad, tal vez usando una gran matriz solar y horas de recolección para crear un átomo de materia (un logro sorprendente, sin duda), pero debido a su escala no tendría ningún impacto en los seres humanos y la economía. .

Me encantan los replicadores de Star Trek, pero tienes que pensar que algo así sería reconstruir la materia a partir de la materia, no hacerla a partir de la energía.