Сложные научные вопросы, нужна помощь специалистов

Автор: Василий Куклин / Добавлено: 10.09.17, 03:41:56

Взбрасываю вопросы на удачу в этот блог, вдруг кто-то поможет на этом сайте.
Разрабатываю произведение в жанре твёрдой научной фантастики. 
Нужны консультации тех, кто более-менее разбирается в следующих достаточно сложных темах:
- ситуация на космической орбите;
- процесс изучения частиц на ускорителе частиц;
- физический/хирургический/онкологический вопрос по поводу разреза человеческого тела целиком, отдельных органов или конечностей на молекулярном и атомарном уровне. 

 

Просьба не отвечать на объективно сложное и малоизученное гаданием, если пользуетесь самым поверхностным гуглом (как я :) ), но точной информацией не владеете. Не хочу уровень ответов.мэил.ру. Исключение - если я где-то натупил и не знаю очевидного. Тогда можно бить тапками)

Вопросы апдейтнул, вырезав лишнее.
1) Спутник на геостационарной орбите - достаточно ли стабильна будет эта система, например, для протягивания закреплённого с обоих концов троса? Кроме земных и атмосферных природных явлений - какие могут быть проблемы при этом?
2) Какая может заключаться в этом целесообразность (если станции пролетают над полюсами)? Интересны любые гипотетические варианты, предложения исследований. Экология? Изучение магнитных полей? Магнитных аномалий? Состояния магнитного поля? Быть может, из ионизации (плазмы) можно как-то наладить добычу энергии? Вообще планируется по задуманной концепции там разместить гигантский коллайдер (размер имеет значение, к тому же половина бюджета реального коллайдера ушла на рытьё тоннелей, а в будущем доставка материалов и приборов в космос может обходиться дешевле, даже сейчас полёты дешевеют, а ещё могут найтись технологии доставки каким-нибудь тросом-космолифтом и т.д.) и по совместительству - гигантский детектор гравитационных волн, а также система сжигания (или отлова) орбитального мусора и опасных астероидов выбросами частиц из этого самого ускорителя частиц. Ну и некоторые другие проекты, включая вышеозвученные (про экологию, геомагнетизм, изучение аномалий ядра, магнитных полей), включая новую международную космическую станцию и пересадочный пункт для облегчения логистики к другим планетам сс; но хотелось бы услышать мнения экспертов по теме. Имеет ли это вообще смысл?
3) Нужно ли учесть какие-то дополнительные факторы, влияющие на что-нибудь (например, озоновые дыры, место скопления силовых линий магнитный полей)? Может, туда будет сильнее бить космическая радиация, солнечная радиация, огибающая планету по магнитным полям?
4) Справедливо ли мнение, что падения астероидов (да любых космических объектов, включая наличие мусора) реже всего случается в "крайних" широтах - крайний север и крайний юг? (или просто на них хуже детектируются/свидетельствуются подобные явления??) тем самым - будет ли подобному сооружению безопаснее всего находится именно там, и при этом обозревать/защищать пространство вокруг планеты, грубо говоря, процентов на 60 без вращения вокруг неё? при наличии двух таких станций на полюсах, быть может, не нужно строить ничего совсем уж необоснованно затратного типа сфер дайсона вокруг планеты. к этому же вопросу можно отнести предположение: космического мусора ведь значительно меньше около полюсов, чем на уровне экватора?
5) Центробежная сила гигантского кольца на орбите... Например, размером с Антарктиду. Возможно ли достичь центробежной силы? Как это рассчитать по времени, скорости, размерам, какой-нибудь оптимальный вариант? Или вопрос до сих пор практически не изучен и никто ещё не знает, как поведет себя такая система в невесомости?

Дальнейшие вопросы чисто о коллайдере:
6) в коллайдерах для изучения самых трудно уловимых частиц (типа бозонов, топкварка и т.д.) используется косвенный метод детектирования, когда изучается лишь результат столкновения образовавшихся частиц с различными видами стенок? Традиционное фотографирование невозможно из-за малой скорости света при таких быстрых процессах? (я так понимаю, за время жизни некоторых частиц свет успевает пройти лишь 0,00000... (и так больше десятка нулей)... метров?). Правильно ли я это всё понимаю? И тогда вопрос - не слишком ли большое расстояние до ближайшего детектора в коллайдере (несколько сантиметров в АТЛАСЕ, судя по википедии)? Ведь за время долёта до внутреннего детектора частицы даже со скоростью света - с ней может произойти очень многое, могут происходить процессы - рождаться и умирать частицы - полёт ведь очень долгий даже при скорости света.
7) где можно (вместо обрывков информации в википедии и т.д.) почитать об устройстве детекторов? о том, как именно детектируются изменения в веществе, принимающем удар частицы, или даже слышал про магнитные поля, которые тоже это детектируют. мне бы хотелось узнать об этом максимально подробно, желательно на русском, но изголодался по любым источникам.
8) зависит ли количество энергии от размера коллайдера? т.е. чтобы, например, родить чёрную дыру - нужно огромнейшее количество энергии - каких минимальных масштабов для подобного нужно спроектировать ускоритель частиц? быть может для миниатюрных чёрных дыр (живущих 10в минус двадцать шестой степени секунд) можно применить достаточно энергии на существующих коллайдерах?


И далее идёт обширный вопрос о тончайшей хирургии или даже о радиационном разрезе... 
9) Как среагирует человеческое тело на разрез(ы) молекулярной или атомарной нитью?

Инструмент: молекулярная нить-струна или какой-то связанный пучок частиц, составляющий целую нить. 
Или даже нить не из молекул, а атомов. Настолько тонкая.
Чтобы легче представить явление: это как проходящий через человека пучок частиц, как при любом виде облучения, но только целый ряд таких частиц (летящих вместе, синхронно, параллельно), прожигающий 100% встречных клеток в сечении разреза. 
Место разреза: интересуют любые места человеческого тела. Отдельные конечности, торс, отдельные жизненно важные органы, глаза... 
Как поведут себя кости? Возможно ли отделение? 
Как поведут себя нервные окончания или нейроны? Продолжат ли передавать информацию друг другу? 
Будет ли вообще больно?
Как поведут себя прочие органы?
Будет ли внутреннее кровотечение?
Будет ли внешнее кровотечение?
Или разрез слишком мал, чтобы вообще как-то повлиять на функции органов, сосудов и т.д.?
Отделение произойдёт сразу или же возможно быстро сращение конечности по причине молекулярной диффузии?
Или же даже при таком варианте можно (приложив, например, внешнюю силу - дёрнуть за руку или ногу) отделить практически отрезанную конечность?

Понятно, что тематика сильно граничит с радиацией, лучевой болезнью. Происходит разрушение тканей на микроскопическом масштабе. Но вопрос заключается не в возможности проявления онкологии в долгосрочной перспективе (очевидно, опухоли в любом случае будут иметь место при такой "массированной" атаке на клетки днк, но будут ли они иметь значение при полученных возможно фатальных повреждениях?), а в том, как поведёт себя организм в краткосрочной перспективе... Выживет ли человек, если нить его пересечёт? Если шанс выжить или не потерять конечность есть (например, сохранять максимальный покой и постельный режим, пока всё не срастётся), то о каких проблемах со здоровьем стоит озаботиться в первую очередь?

Подозреваю, что отчасти это может быть связано с гипотетическим развитием лазерной хирургии в будущем - радиоволновый скальпель может обеспечить примерно тот же эффект, если растянуть его "лезвие" длиной в нить, и не воздействовать очень уж сильно на ткани, а провести сквозь тело или конечность лишь один раз и посмотреть, что будет...

Скорость удара/нанесения разреза/проникновения - не знаю, какую подобрать, интересные все возможные эффекты в зависимости от скорости и толщины нити; но если продолжать аналогию с радиацией, то пускай будут релятивистские скорости (скорость света).

Ссылки на более подробное описание ситуации и этой самой нити давать не буду, вдруг нельзя; тема в основном лишь фантастикой затрагивалась. 
Есть вики-страница понятия "Адгезия" - в физике это так называется; возможно, это одно и то же явление; там же упоминается, что это очень сложная тема для понимания и объяснения, она, наверное, даже толком не изучена, ведь это практически край науки, связанный с размерами атомов) 
Там же про биологию:

Цитата: "В биологии клеточная адгезия — не просто соединение клеток между собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определённых правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток. Специфичность клеточной адгезии определяется наличием на поверхности клеток белков клеточной адгезии — интегринов, кадгеринов и др. Например, адгезия тромбоцитов на базальной мембране и на коллагеновых волокнах повреждённой сосудистой стенки."

Есть ссылка на "Молекулярное лезвие"; общие сведения из различных фантастических произведений.

Цитата: "В реальности, к гипотетическому молекулярному лезвию можно было бы отнести волокно углеродной нанотрубки, но на данный момент не существует достаточно протяженных экземпляров нанотрубок, чтобы их можно было использовать в качестве прототипов подобных лезвий."

Оттуда же ссылка на "Атомарный меч"; фантастика.
Можно ещё прогуглить "Мономолекулярные стропы"; шутливая байка.

6 комментариев

Авторизуйтесь, чтобы оставлять комментарий

Войти

Дисклеймер: Я физик по образованию, сейчас в аспирантуре, но мой топик не элементарные частицы, а нанотехнологии. Информацию выдаю на основе базовых курсов и найденных статей в сети.

п.6)
При правильно созданной траектории и магнитном поле, частицы будут лететь сразу в детектор. Конечно не все долетят, но сколько-то долетит. Остальные врежутся в стены.

Что такое "долгий"? Вопрос того, как далеко может пролететь частица зависит от частоты возможных столкновений. Скажем если шанс во что-то врезаться каждый пройденный микрометр 50%, то да, не долетит. А если каждый см, то уже больше шансов. Насколько я понимаю, то частицы запускают через так называемую вакуумную трубку (https://en.wikipedia.org/wiki/Beamline), так что я ожидаю, что там не давление не более 1Е-6 миллибаров, а то и меньше. Для наших измерений простых наноструктур мы нуждаемся в давлениях 1Е-6 до 1Е-7, и это при условии, что у нас структуры сильно больше размером и никуда не летают. В противном случае присутствие воздуха или любого другого газа может привести к нежелательным реакциям.


Валеда Сонварина, Как известно, даже алфа-излучение можно остановить тонким слоем бумаги. Наша кожа вполне защищает нас от чего-либо более крупного, чем просто поток электронов (бета-излучение). Все проблемы с радиоактивностью берутся из-за гамма и бета излучений, или же если принять сам источник вовнутрь (проглотить или ввести в кровь), позволяя альфа-частицам обстреливать тебя изнутри. Так что на мой взгляд такая гораздо более макроскопическая вещь, как нано-полоски, нано-трубки и череда атомов просто остановятся, коснувшись кожи, от силы пройдя один слой атомов на поверхности.

avatar
Алексей Быков
13.11.2017, 10:14:36

Нет не достаточно. Кроме усилия на разрыв будут: статический заряд (громоотвод), ветровые нагрузки (переменные) и, как следствие, усталость конструкции (внутренние механические и структурные повреждения материала, периодическое влияние Луны (подъём-опускание грунта); действие ионизирующего излучения… Движущийся груз приводит к дополниткльным нагрузкам, которые должны компенсироваться с обоих концов (закон сохранения импульса, закон сохранения энергии)
Пролёт над полюсами сопряжён с повышенным действием заряженных частиц солнечного ветра – его оптический эффект свечение верхних слоёв атмосферы (изучение его взаимодействия с магнитным полем, оно же – большая проблема для обитаемой станции), изучением гравитации планеты (её неравномерности – погуглите).
Про астероилы – возьмите телескоп и посмотрите на Луну - с Землёй то же самое. Только атмосфера от мелочи спасает. Широта не важна (сечение Земли по сравнению с сечением других объектов солнечной системы мало, поэтому неважно). Метеориты чаще находят там, где копают (живут). Положение станции сверху/снизу планеты позволит обозревать объекты в плоскости эклиптики, но траектории метеоритов не обязаны лежать в ней.
Продолжение...

Алексей Быков
13.11.2017, 11:45:34

Любовь Федорова, Да, я с Вами согласен.

avatar
Ричард Десфрей
13.11.2017, 07:41:37

1. Только на экваторе - см. "Космический лифт". Основная проблема - прочность материала и последствия, если трос оторвётся и рухнет к такой-то матери из космоса. При его длине он в любом случае будет обладать огромной массой.
2. Не представляю. Магнитные поля изучать и сидя на поверхности можно. А для облегчения логистики полюса - самое невыгодное место, ибо центробежной силы нет. Затруднение, наоборот.
3. Естественно, там радиация сильнее, и почти вся солнечная гадость, задержанная МП Земли, разряжается на полюсах.
4. Никакой корреляции падений астероидов с широтами Земли нет. Да, большинство орбит лежит в плоскости эклиптики, так и ось Земли наклонена. Мусор тоже болтается где попало, да и синдром Кесслера тому способствует.
При чём тут сфера Дайсона - непонятно. Её вообще-то вокруг звезды строят.
5. Ларри Нивен, "Мир-Кольцо". Кольцо из сверхпрочного материала (скрита), корректируемое двигателями Бассарда. Там вокруг звезды, но не вижу принципиальных различий, если строить его вокруг планеты, хотя и непонятно - зачем.

avatar
Алекс Кейн
10.09.2017, 04:14:35

Попробую ответить на самый простой вопрос) Коли речь конкретно о Земле, то сделать так, чтобы объект "завис" над одной точкой, не получится. Земля вращается со скоростью, гораздо меньшей, чем первая космическая (т.е. та, которая необходима, чтобы спутник вышел на орбиту и оставался там). При попытке его замедлить он у Вас станет метеоритом)) - т.е. просто шлепнется на землю)
Чтобы такого рода синхронизация была возможной, планета должна иметь относительно небольшую массу и высокую скорость вращения.

Алекс Кейн
10.09.2017, 04:40:20

Василий Куклин, чем ближе к полюсу, тем ниже скорость (не угловая, ессно, а линейная) любой точки на поверхности планеты. Сам полюс линейной скорости вообще не имеет, т.к. находится на оси вращения. Так что как там может что-то "зависнуть", я даже теоретически не представляю)