В истории идей, появившихся в XX веке, особое место занимает триада из парадокса Ферми, шкалы Кардашёва и сферы Дайсона. Не вдаваясь в их подробности, изложенные по приведенным ссылкам, отмечу, что объединяю их по общему допущению о существовании во Вселенной высокоразвитых разумных цивилизаций. Несмотря на то, что ни малейших признаков внеземного разума на данный момент не найдено, эти идеи выдают, какого поведения мы ожидаем от представителей сверхцивилизаций, в число которых надеемся когда-нибудь войти. Это:
Готовность и даже стремление общаться с другими разумными существами (поэтому Ферми счел парадоксальным факт молчания Вселенной, учитывая, что за время ее существования на обитаемых планетах должно было сформироваться множество цивилизаций не примитивнее нашей),
Стремление к экстенсивному технологическому развитию, где развитие цивилизации требует постоянного наращивания энергопотребления и перехода от примитивных источников энергии ко все более обильным и высокотехнологичным,
В качестве первого шага на пути вверх по шкале Кардашёва необходимо принципиально оптимизировать сбор энергии нашего Солнца – сегодня она чуть менее чем полностью рассеивается в космосе. Поэтому было бы целесообразно окружить Солнце рукотворной сферой, которая могла бы использоваться либо как грандиозная солнечная батарея, либо как пространство для заселения людьми.
В этой статье я хотел бы подробнее остановиться на современных представлениях о сфере Дайсона (начиная с того, что сферой она быть, вероятно, не может), также напомнив историю этой концепции. Сфера Дайсона и производные от нее гипотетические астроинженерные сооружения могли бы не только решить энергетические и демографические проблемы растущей цивилизации, но и упростить освоение других звездных систем, в том числе, совершенно необитаемых и лишенных жизнепригодных планет. Чтобы не слишком отвлекаться от темы, я обойду здесь вниманием концепцию «мозга-матрешки», поскольку она информационная, а не энергетическая и вполне заслуживает отдельной публикации, а также не буду вдаваться в широкий обзор астроинженерных сооружений, а рекомендую почитать хабрастатью из блога компании «Asus».
Но давайте обо всем по порядку.
Фримен Дайсон (1923 — 2020) — блестящий инженер и физик британского происхождения, в 1950-е перебрался в США, последние годы жил в Принстоне. Вот ссылка на подробную публикацию с сайта «Элементы» о лекции Дайсона, прочитанной во время визита в Россию 23 марта 2009 года. Мистер Дайсон не скрывал своего ершистого научного диссидентства и скептического отношения ко многим острым темам современности, в частности, к политизированности проблем, связанных с глобальным потеплением. Я много лет испытываю пиетет к Дайсону (характером он неуловимо напоминает мне галливспайна), поэтому в свое время, работая в издательстве «Питер», инициировал и курировал перевод книги его эссе «Dreams of Earth and Sky», а также заручился поддержкой уважаемого Даниила Кузнецова и получил в подарок обзор этой книги на сайте Life.ru. Думаю, вышеупомянутой статьи с «Элементов» вполне достаточно, чтобы составить впечатление о научной и жизненной позиции Дайсона, поэтому перейдем к обсуждению его opus magnum – Сферы Дайсона.
Концепция
В 1960 году Фримен Дайсон опубликовал статью, в которой предположил, что технологически развитая цивилизация, уже приступившая к полномасштабному освоению своей звездной системы, могла бы соорудить на расстоянии около 2 астрономических единиц от звезды («revolving around the sun at twice the Earth's distance from it») цельную сферу, предназначенную для сбора излучения этой звезды и производства энергии. По расчетам Дайсона, сфера полностью скрывала бы звезду от внешнего наблюдателя, а температура внешней поверхности сферы могла бы составить до 300 K. То есть, астрономам с другой планеты (например, с Земли) казалось бы, что звезда излучает энергию в глубоком инфракрасном (микроволновом) спектре, чем сильно выделяется на фоне других звезд.
Эту гипотезу Дайсон сформулировал в контексте поиска внеземного разума, а не в качестве энергетического проекта. Он считал, что поиск таких инфракрасных звезд может быть более перспективным путем к цивилизационному контакту, чем попытки обмена радиосигналами. Также отметим, что термин «сфера Дайсона» впервые появился примерно в 1964 году, и предложил его именно Николай Семёнович Кардашёв в работе «Передача информации внеземными цивилизациями» (1964)
Более поздние исследования показали, что монолитной такая конструкция быть не может, так как ее разорвут гравитационные силы. Также обратим внимание на формулировку Дайсона «revolving around the sun». Действительно, для стабилизации сферы Дайсона ее необходимо раскрутить до орбитальной скорости, которая позволила бы удерживать сферу на нужном расстоянии от звезды. В таком случае идеально жесткая и идеально шарообразная сфера немного сплющилась бы у полюсов, но оставалась устойчивой. Но такая конструкция также не слишком надежна, поскольку идеально жестких материалов не существует. Наконец, для компенсации гравитационных (дифференцирующих) сил сферу можно было бы укрепить магнитными полями, но стабильность всей конструкции в таком случае стало бы поддерживать еще сложнее, не говоря об обслуживании подобных магнитов.
Также не будем забывать, что внешняя поверхность сферы продолжает излучать в микроволновом спектре, и поток покидающих ее фотонов дестабилизирует всю конструкцию. Такое воздействие фотонов настолько существенно, что позволило сформулировать еще одну футуристическую концепцию – двигатель Шкадова. О материалах для изготовления сферы Дайсона, а также о некоторых ее потенциальных физических характеристиках, мы еще поговорим ниже, а пока остановимся на более реалистичных конфигурациях такого астроинженерного сооружения.
«Сфера Дайсона» вполне может представлять собой систему колец, также собирающих значительную часть энергии звезды.
Здесь мы подходим к важному аспекту, подчеркивающему научную ценность таких идей, кажущихся на первый взгляд чистой научной фантастикой. Мир-Кольцо, описанный в романе Ларри Нивена – это классическая научная фантастика. Вышеприведенная система колец – это развитие глубоко футуристической идеи Дайсона, воспринимаемой, однако, не как сюжет для фантастического романа, а как инженерный проект, скорректированный с учетом нестыковок, выявленных уже на этапе моделирования. А далее рассмотрим научное обоснование статьи, исследующей возможности практического применения кольцевых структур в ближнем космосе задолго до попыток построить полноценную сферу Дайсона или Мир-Кольцо:
Абсолютно твердое тело, например, кольцо, с двумя равными главными осями инерции называется «симметричный волчок».
Теперь рассмотрим два симметричных волчка, прикрепленных друг к другу не имеющими массы, не создающими трения, абсолютно прочными подшипниками, так, что их главные оси вращения расположены на одной линии, но оба могут вращаться независимо друг от друга каждый по своей оси симметрии. Назовем такую конструкцию «соосным симметричным волчком» (ССВ). Простой идеализированный пример – токонесущее кольцо из сверхпроводящего кабеля, вложенного в кольцевую сверхпроводящую трубку (получится сверхпроводящий тор). Благодаря эффекту Мейснера, кабель будет центрирован внутри тора под действием магнитного поля, что позволит сохранить трение на минимальном уровне.
В реальности никакие подшипники не бывают ни абсолютно прочными, ни лишенными трения. Даже с учетом преимуществ сверхпроводимости, для обеспечения которой потребуется тепловой экран с функцией охлаждения, а также в условиях высокого вакуума ожидается, что в конструкции ССВ будут доминировать диссипативные потери кинетической энергии.
Можно спроектировать такое кольцо, диссипативные потери в котором будут достаточно медленными, чтобы обеспечить всей конструкции долгий срок службы до разрушения – как в большинстве искусственных спутников, для работы которых требуются двигатели, удерживающие аппарат на орбите, обладающие ограниченным запасом топлива. Правда, более вероятно, что в конструкции такого кольца будут предусмотрены активные механизмы компенсации диссипативных потерь. Пример со сверхпроводящим кабелем внутри тора не слишком практичен с точки зрения подзарядки магнитного поля кабеля или раскручивания его. Более практична могла бы быть модель, устроенная по принципу поезда-маглева с возможностью задействовать крутящий момент и слегка корректировать положения осей между составляющими A и B соосного симметричного волчка. Такая система потребовала бы энергетической подпитки, но это не проблема, учитывая размеры кольца. Так, можно представить кольцо с окружностью 100 км, расположенное на расстоянии 1 а.е. от Солнца. Если его эффективное сечение составит 1 м и будет покрыто солнечными батареями с КПД 10%, то такое кольцо сможет генерировать около 10 МВ энергии. Для сравнения: окружность Земли составляет примерно 40 000 км, поэтому орбитальное кольцо с окружностью 100 км будет относительно невелико.
Кроме чисто энергетических возможностей применения такого кольца предлагается использовать его, например, для генерации искусственного магнитного поля.
В качестве альтернативы подобного проекта в другом источнике предлагается стационарный «солнечный парус» или спутник для сбора солнечного ветра. Впрочем, авторы отмечают, что энергетическая полезность подобного спутника, равно как и «энергетическая ценность» солнечного ветра сравнительно низки.
Столь обширный пример приведен здесь в качестве иллюстрации развития астроинженерных идей, которые, однако, легко прослеживаются от сферы Дайсона. Принципиальное назначение таких структур – аккумуляция солнечной энергии и попытки ее масштабного практического применения.
Рой Дайсона
Отметим важную идею из предыдущего раздела: функционал сферы Дайсона может быть реализован при помощи совокупности орбитальных аппаратов, которые могут решать энергетические задачи не хуже системы колец. Такая концепция получила название «Рой Дайсона». Фактически, в большинстве теоретических построений рой Дайсона представляют, как массив микроспутников, оборудованных солнечными панелями и собирающими солнечную энергию. Предполагается, что для этой цели такой рой должен располагаться как можно ближе к Солнцу, лучше всего – на орбите Меркурия. Причем, Меркурий кажется достаточно необычной планетой, так как представляет собой очень плотное и компактное тело, богатое железом. Поэтому элементы роя Дайсона можно было бы автоматически собирать прямо из пород Меркурия и строить рой на орбите Меркурия. Согласно некоторым расчетам, сам Меркурий при этом не сошел бы с орбиты и остался цельным, даже если употребить на изготовление роя Дайсона до половины меркурианской массы. Однако подобный проект сопряжен с множеством практических проблем, и вот лишь некоторые из них:
Для прицельного запуска первого комплекта роботов-сборщиков в район Меркурия требуется значительно больше энергии, чем для запуска корабля в направлении к границам Солнечной системы, поскольку во втором случае необходим лишь небольшой толчок, а далее корабль может держать скорость, пользуясь гравитацией других планет для разгона. При запуске корабля к Солнцу необходимо не дать занять ему «не ту» околосолнечную орбиту, то есть, преодолевать гравитационное воздействие Солнца, что значительно сложнее.
Рой Дайсона может заслонить Солнце, что привело бы к значительным изменениям климата на Земле, вплоть до катастрофического похолодания.
Столкновение двух спутников в рое может привести к дальнейшим обвальным столкновениям, что быстро выведет значительную часть спутников из строя. Причем, спровоцировать такое столкновение может даже небольшое возмущение на Солнце.
Полученную энергию необходимо передавать на Землю, и стоимость такой передачи может оказаться непозволительно дорогой.
При обоснованности всех подобных возражений нельзя не упомянуть еще более фантастическую идею, изложенную в статье 2020 года. Действительно, элементы роя Дайсона должны быть более умными машинами, чем современные микроспутники, оборудованные солнечными панелями. В таком качестве подошли бы зонды фон Неймана, которые могли бы образовывать нейронную сеть. В таком случае они бы не только корректировали собственные траектории, избегая столкновений, но и оставались бы на нужных орбитах. Кроме того, с учетом саморепликации как важнейшей черты зондов фон Неймана, эти машины могут самостоятельно собраться в практически сплошную сферу, подобную сфере Дайсона – и самостоятельно ее стабилизировать, поскольку такая сфера не будет монолитной. Автор статьи обоснованно отмечает и экологическую опасность, вернее, заразность подобного роя – поэтому допускает, что засеивать зондами фон Неймана собственную звездную систему может быть опасно, а подобный энергетический проект на территории близлежащей необитаемой звездной системы (которая в данном случае становится источником энергии для цивилизации III типа по шкале Кардашёва) – сценарий абсолютно гипотетический.
Здесь отметим, что «дешевые» аналоги сферы Дайсона и анализ связанных с ними проблем вновь подводят нас к идее, что именно полноценная сфера, либо решетчатая система пересекающихся колец – наиболее практичные и безопасные проекты такого рода. Рассмотрим, из чего же может быть сделана такая сфера, а также каковы ее ожидаемые физические характеристики.
Физические характеристики сферы Дайсона
Одной из наиболее удивительных геометрических идей, описывающих микроструктуру сферы Дайсона, мне кажется использование девятиугольных антипризм, нарочито раскритикованное автором в этой статье. Он говорит, что инопланетяне просто засмеяли бы нас, если бы обнаружили вокруг Солнца мегаструктуру со столь примитивной симметрией. Тем не менее, визуализация, которую я размещу ниже, позволяет оценить модульность получающейся структуры и, следовательно, ее устойчивость и удобство ремонта. Анимацию смотрите здесь и здесь.
В качестве другой устойчивой конфигурации для сферы Дайсона может быть выбран филлотаксис.
В этой модели синим цветом обозначены пятиугольники, красным – шестиугольники и зеленым – семиугольники. Структура филлотаксиса реализована в природе при расположении семечек подсолнуха в венчике и получается наложением решетки Фибоначчи на сферу. Она описывает оптимальное расположение ближайших соседей – что принципиально важно в нашем случае, учитывая, что мы собираем сферу Дайсона из плотно прилегающих друг к другу сменных модулей. Подробнее об этой дивной геометрической структуре также рекомендую почитать на Хабре.
Приведу некоторые расчеты, найденные в этом источнике, связанные с прочностью и изготовлением сферы Дайсона.
«Если сфера состоит из стали и имеет радиус в 1 а.е (принято выбирать именно эту величину, что, однако, необязательно – ведь чем обширнее сфера, тем менее прочен может быть материал, из которого она состоит), получим давление в 3,5 ТПа, что в девять раз больше давления в центре Земли и в семь раз больше давления, которое удавалось поддерживать в лабораторных условиях. Эти показатели во много раз превосходят прочность стали, которая, в зависимости от сорта, может выдерживать давление порядка сотен мегапаскалей. Это в десятки тысяч раз меньше, чем необходимо для стабилизации сферы Дайсона.
Есть два варианта снизить прочностные требования к монолитной сфере Дайсона. Так, если изготовить ее из легчайшего твердого материала, известного человечеству – углеродной нанопены, то приемлемый уровень давления снижается до 0,28 ТПа, что по-прежнему намного превосходит наши технические возможности. С другой стороны, если удвоить размеры сферы, то и этот критический показатель снизится еще вдвое. В таком случае возникает вопрос, где взять столько материала на изготовление сферы».
Заключение
Завершая эту статью, предположу, что конструкция сферы Дайсона и целесообразность ее возведения во многом зависят от трех факторов:
1. Физические характеристики звезды и планетной системы, где возводится сфера. Кстати, существуют исследования, авторы которых предполагают искать сферы Дайсона вокруг белых карликов.
2. Назначение сферы Дайсона – энергетическое (колоссальная солнечная электростанция) или жизненное пространство (заселение внутренней поверхности сферы). Чисто энергетическое назначение представляется более реалистичным.
3.Степень сложности и интеллектуальности отдельных модулей сферы Дайсона. Возможно, рой зондов фон Неймана вполне мог бы сам собирать сферу Дайсона из частиц этого же роя – при условии, что сами роботы состояли бы из подходящего материала, например, углеродной нанопены, а также имели выверенный жизненный цикл – отработав положенный срок, разбирались бы другими роботами на материал, который идет на строительство или ремонт сферы.
courser
Остаётся только догадываться, как и куда цивилизация может утилизировать такое количество энергии (даже при 99% КПД) не изжарившись.
AntonSor
Майнить космические биткойны :)
OlegSivchenko Автор
Вы восхитительны, сэр
vvs013
А как же "ногибать" другие КЦ (космические цивилизации)? :)
MetromDouble
Ахах, для больших вычислительных машин этого ещё и мало окажется, уж поверьте)
Посмотрите видео с этого канала — примерно поймёте масштаб задач, с которыми человечество столкнётся в космическую эру
courser
Больше похоже на классические горы навоза, уж извините.
Человечество на таких временных масштабах, если и выживет, что очень сомнительно, то уже и человечеством называться не будет, чисто даже по биологическим причинам.
AntonSor
Спасибо, очень интересно!
Kwisatz
Интересная статья, только сегодня мне стим предлагал строить сферу дайсона и тут и почитать есть)
raamid
Я тут начал размышлять о реализации роя Дайсона на основе системы зеркал, чтобы использовать давление света для корректировки орбиты но подумал, а ведь задача удержания роя Дайсона может оказаться не настолько простой, если плотность спутников будет достаточно высока. И если каждый спутник будет корректировать свою орбиту, то они начтут «толкать» друг друга светом и задача расчета может стать очень сложной, не берусь судить насколько.
wilderwind
На мой дилетантский взгляд, в самой концепции такой сферы очень много подводных камней, которые придётся учитывать при строительстве. Начиная от банальных «где взять столько материала», «сколько это займёт времени» и заканчивая сложной и взаимосвязанной гравитацией самого Солнца и его планетной системы, которая будет постоянно вносить возмущения в пространственную организацию элементов сферы, и их положение нужно будет корректировать. Плюс давление излучения звезды, гелиопауза, которая перекроется сферой, и снаружи начнёт давить межзвёздная среда…
С другой стороны, всего 120 лет назад многие учёные мужи утверждали, что полёт аппаратов тяжелее воздуха невозможен, а потом менее чем за полвека авиация шагнула от парусины и деревянных реек к турбинам и сверхзвуку. Просто потому, что появились технологии, которые трудно было представить. Может быть, откроют тот самый «остров стабильности» из периодической системы, и элементы из него будут обладать нужными характеристиками. Или получат какое-нибудь экзотическое состояние материи типа нейтронного вещества толщиной в один нейтрон, как сейчас эти углеродные нанотрубки. И задача сферы Дайсона окажется вполне по силам нашей цивилизации.
Только хотелось бы к этому моменту увидеть человечество, которое перестало убивать себе подобных, пуская все новые технологии на уничтожение друг друга, когда значительную часть бюджетов стран занимают военные расходы. Какой нам космос, какой Марс, какие звёзды, мы не можем жить мирно на собственной планете, которая в обозримом будущем останется нашим единственным домом. В котором, кстати, уже давно пора навести генеральную уборку за собой.
Vsevo10d
Лол, я ниже написал параллельно практически об этом же, вы опубликовали, пока я был в процессе)
Насчет сколько материала и сколько времени — я бы сказал так. Если, как я предполагаю, нужны астроинженерные задачи такого масштаба, то нужно просто представить себе условный «минус», в который уйдут создатели этого проекта — по экономическим эффектам, времени, человеко (инопланетяно-? робото-?)-часам. Это будет даже не классический «выход на ноль» в бизнесе, а чрезвычайно отложенный во времени реальной отдачи проект, превышающий жизни многих поколений, а возможно, и всей цивилизации. В такое просто никто не впишется, если умеешь в астроинженерию хотя бы минимального масштаба, имеешь такие космические флотилии и технологии и зришь на такую перспективу во времени — значит проще сменить звездную систему в случае чего.
arheops
С чего это минус? уже один кусок сферы(спутник) вполне может давать отдачу, почему нет?
georgii-2
Собссно, Дайсон городил свою сферу не рассчитывая на овладение термоядерной энергией синтеза.
Хотя что может быть проще.
Vsevo10d
Да, я лет пять назад тоже хотел написать на Хабре статью о сфере Дайсона (почему она невозможна, непрактична и т.д.). Оказалось, это уже тогда был лютый баян.
Первое, самое очевидное для любого инженера: улавливание такого количества энергии требует его отдачи. Причем неважно, попытаетесь вы как-то пассивно охлаждать конструкцию, или же, как и подобает высокоразвитой цивилизации, «используете всю доступную энергию». Даже если вы обложили СД изнутри солнечными панелями, отвели от них энергию к мощному светильнику, компу и электрическому чайнику, согрели себе самый горячий кофе на свете, выпили и посцали им — на общем тепловом балансе всей конструкции это не отразится никак. Здравствуйте, вы не на Земле, где антропогенное тепло считается пренебрежимым (нет), а в космосе, где тепло от солнечных батарей, вас, чайника надо будет уловить и инфракрасным радиатором ужасно неэффективно светить им с другой стороны СД в космос. Можно даже взять это как граничные условия для задачи с параметром: во сколько раз надо увеличить поверхность СД по сравнению с поверхностью звезды, при таком-то потоке теплового излучения от нее и такой-то пропускной способности ИК-радиаторов, чтобы хотя бы сами конструкции не поплавились.
Второе, менее очевидное. Вы из какого материала собрались это все делать и как организуете логистику? Ну очень удобно мыслить категориями «ну это ж будущее, там придумают», но примерно можно прикинуть. Основное твердое вещество, пригодное хоть к какому-то строительству в звездной системе — это будут разнообразные минералы: оксид кремния и карбиды, все что спеклось под действием огромных температур в геологических процессах. То есть, из кирпичей, стекла, песка, углеродного композита, волокнистого карбона, нанотрубок вы СД наверное построить сможете, и может даже процентов содержания металлов хватит на арматуру/проводку/жилые конструкции. Остальное — под большим вопросом. Кучу разнообразных солей и прочей дряни типа серы, свинца, мышьяка, метана и водорода от газовых гигантов вы не сможете использовать из-за нулевой конструктивной прочности и возможного агрессивного воздействия на уже готовые конструкции. Короче говоря, для начала строительства вам надо будет взять имеющийся в системе пояс астероидов и затем поднять их орбиты на расстояние от звезды, вычисленное в пункте 1. На топливо сожжете газовый гигантик-другой, и до кучи землеподобную планету на материалы, я гарантирую это.
Третье, если представить себе, что получилось… получилось, если смотреть изнутри СД, ярко-белое небо, отраженным излучением сжигающее жизнь внутри и нагревающим звезду (она же в фокусе!) с неясными последствиями. Эта хрень крайне нестабильна даже с точки зрения Ньютоновской механики (будет стремиться одной своей стороной приблизиться к звезде и крутиться, как космических размеров обруч вокруг талии). Если еще учесть нулевую удельную конструктивную прочность при таких масштабах — то скорее всего она либо лопнет от нехилого наддува солнечным ветром, либо наоборот сомнется внутрь приливными волнами от прохождения ближайших планет (мы все еще считаем, что она сплошная и полая, или начинаем переобуваться, что это набор колец/рой несвязанных друг с другом элементов на орбите?).
newpavlov
Эта проблема элементарно рассчитывается студентом за полчаса-час. А Дайсон далеко не студентом был, хочу заметить. Отсюда и вытекает радиус в 2 а.е. и спектр излучения гипотетической звезды с инфракрасным пиком.
Упускаете один очевидный момент: раз уж цивилизация добралась до сооружения подобных конструкций, то уж контролируемо преобразовывать одни атомы в другие она вероятно научилась, пусть даже и с невысокой энергетической эффективностью. Благо энергии после начальных этапов должно быть более чем достаточно. Не говоря уже о преобразовании водорода и гелия с газовых гигантов, этот процесс вообще будет энергетически положительным.
К моменту создания хотя бы цельного кольца ближайшие планеты уже будут разобраны под нуль скорее всего.
novoselov
Люди в очередной раз играют в ретро-футуризм.
Для начала почему нужно сразу снимать энергию со звезды? Может проще зажечь свою звезду вместо ядра собственной планеты, при этом часть энергии можно использовать для движения и улететь вместе с планетой вообще куда угодно. Масштабы затрат ресурсов и энергии на порядки меньше.
Второе, почему вообще цивилизация будущего должна пользоваться энергией сжигания звезды? Вы уверены что это самый эффективный способ получения энергии? Еще 500 лет назад электричество было фантастикой, а сейчас человек еще не понимает что такое темная энергия.
Возможно никаких физических объектов такого масштаба для сбора энергии мы не увидим. Будущее за получением энергии «из воздуха на месте».
red75prim
Вот когда будет хоть одно свидетельство о том, что это возможно, тогда и можно будет говорить, что это — будущее. А пока будущее приходится проектировать в рамках закона сохранения энергии и неубывания энтропии.
Arlekcangp
Согласен. Читая эту статью, осознал что подобные мега-сооружения напоминают "тупую" экстраполяцию в фантастике. В частности сфера Дайсона — эдакий гибрид солнечных панелей и гидроэлектростанции, доведенный до логического максимума. Что касается альтернатив — можно продолжить экстраполировать, но чуть более на современный манер. Человечество демонстрирует тенденцию уменьшать зависимость от природных явлений (в этом плане политика "зелёной" энергетики, проводимая Евросоюзом, выглядит анахронизмом). В энергетике это выразилось в атомных электростанциях — можно получать энергию независимо от наличия рек, рельефа и вообще самой планеты, т е в открытом космосе. Но нужен уран, который пока что научились добывать исключительно на земле… "В проекте" термояд — там потенциальный спектр топлива состоит из куда более распространенных веществ, чем уран. Так с какого перепуга человечеству в космосе понадобится лететь к звезде для получения энергии, да ещё и строить там циклопических размеров сооружения? Экстраполируем "метод независимости" от окружающей среды. Уже сейчас людям известно, что можно получить энергию от черной дыры. Но ЧД "на дороге не валяются". Однако есть вероятность, что люди научатся их создавать… В таком случае топливом станет вообще любая материя. Создав раз ЧД, можно её периодически "кормить" и отбирать энергию. Т е напрямую перерабатывать материю в энергию. Если при этом ЧД будет компактных размеров и не слишком большой массы, то установка окажется ещё и мобильной. Что касается звёзд, а не проще ли будет отбирать от звёзды энергию сразу в виде плазмы? Зачем отдаляется от звёзды на 1-2 а.е. и строить огромное сооружение, если можно наоборот, подлететь как можно ближе (настолько, насколько позволят материалы и технологии) и вот там то будет способов получить энергию "не счесть числа" — солнечный ветер, и магнитные поля и даже прямой забор плазмы какой-нибудь магнитной ловушкой и затем как то её использовать, например, через тот же термояд (правда опять не понятно, а стоит из-за этого куда то лететь? Это можно и на луне сделать) Разумеется так нельзя утилизировать всю энергию звезды. Но опять же — человек никогда не мог забрать у природы именно всё целиком. А в тех редких случаях, когда у него это получалось, то вылезал побочный эффект, который перевешивал выигрыш. Поэтому логично предположить, что для цивилизации третьего типа логично будет собирать энергию с нескольких звёзд, скажем по 10-20% с каждой. Но скорее всего и этих двух способов не потребуется. Будет открыто нечто, что позволит ещё уменьшить "циклопичность" конструкции. Тут разумеется речь не об уменьшении сложности, а о уменьшении размеров и массы. И при этом эти устройства будут обеспечивать практически даравой энергией.
Dr_Faksov
Я бы так не сказал. Современные АЭС без рек\озёр\морей и прочих БОЛЬШИХ водоёмов не работают. Наверняка возможно сделать АЭС не привязанной к большому водоёму, но к современным станциям это неприменимо.
darthmaul
А зачем цивилизации, освоившей синтез всевозможных атомов (мы то и гелий никак не можем из водорода получить) сфера Дайсона? Не проще ли термоядерные реакторы строить? А на счёт пространства для обитания — звёзд в галактике 400 млрд, планет и того больше.
red75prim
Для них нужно топливо. А без сферы Дайсона Солнце сжигает это топливо с мизерной пользой. Придётся старлифтинг организовывать — тоже та ещё инженерная задача.
BigBeaver
Переработка Юпитера в железо теоретически энергопрофицитна.
Wizard_of_light
Можно на это и с другой стороны посмотреть-Солнце нарабатывает нам тяжёлые элементы, реализуя протон-протонный цикл, который в термоядерном синтезе наверное будет самым проблемным.
red75prim
Солнце даже гелий не скоро начнёт сжигать (и остановится на углероде, если не ошибаюсь). А вытаскивать следовые количества тяжелых элементов из звезды — это наверно будет посложнее, чем организовать искусственный синтез тяжелых элементов.
Wizard_of_light
Ну, не так сложно, добавить ему массы до 1,44 солнечной на этапе белого карлика — и они в значительной степени самовытащатся.
red75prim
Не так сложно столкнуть Солнце с какой-нибудь подвернувшейся звездой? Сильно сомневаюсь.
Wizard_of_light
Двигатель Шкадова в принципе позволяет, и рой Дайсона в режиме такого двигателя тоже. Но опять таки — цивилизация для осуществления таких проектов должна суммарно оперировать массой порядка планетарной, энергией порядка процентов излучаемой энергии звезды и действовать на временах, превышающих среднее время жизни звезд.
santa324
Выше ответили про 2ае, но можно и ближе если устраивают рабочие температуры выше 300К.
Satyricon
Фигня вопрос. Делаем сферу из элементов Пельтье, получаем огромный морозильник )))
FaithfullAlly
Всё просто — берём энергию и преобразовываем её по принципу E=mc^2, этакий ядерный взрыв наоборот.
Ztare
Это так странно звучит. Высокоразвитая цивилизация не станет строить мегалитические сооружения, это будто в средневековье оценивать выход в космос с помощью большой лестницы. Для их постройки потребуется столько ресурсов, что больше верится в новые виды реакторов и их миниатюаризацию
arheops
Высокоразвитая цивилизация должна так или иначе развиваться. Даже если вся энергия у нее из магии и особи питаются чистой энергией, все равно надо пространство где будут жить новые особи.
Представить высокоразвитую цивилизациию из одной особи, конечно, можно. Но это еще менее вероятно, чем Сфера. Просто потому, что чем больше количество особей, тем больший темп развития чисто вероятностно.
liddom
У Грега Игана есть интересное произведение на эту тему. Возможно, цивилизация вместо экстенсивного развития просто перейдет в виртуальную реальность и замкнется в себе
arheops
Ну тогда они построят виртуальную сферу, не суть.
Никто и не говорит, что сфера будет обязательно реальной. Вроде как реальной материи по прочности не хватает пока.
Dr_Faksov
Этим утверждением вы настроили против себя почти все церкви мира :) Ведь Он самодостаточен.
Andrey_Epifantsev
А почему нет? Многие современные постройки превосходят по высоте египетские пирамиды. А некоторые может быть и по объему материалов. Какие-нибудь автомагистрали превосходят по длине и объёму материалов Китайскую стену. Большие сооружения строятся не ради рекордов, а потому-что в них возникла потребность и есть возможность их построить.
Аналогично в будущем цивилизация возможно станет строить какие-то гигантские сооружения в космосе, потому что в них возникнет потребность, а технологии позволят их сделать, а не ради рекордов.
red75prim
Плотина гидроэлектростанции Три ущелья в 10 раз превосходит пирамиду Хеопса по весу и объему.
Ztare
Речь про сферу дайсона именно такое сооружение не выглядит полезным для развитой цивилизации при освоении хотябы термояда.
А уж если генетика разовьется, то можно получить вид питающийся сразу светом, живущий в космосе и производящий удобное цивилизации топливо.
Dr_Faksov
Потому что мы сейчас строим мегалитические сооружения от технологической нищеты. А технологии как раз нужны, в том числе, чтобы делать их меньше.
Используя вашу фразу — большие сооружения строятся не ради рекордов, а потому-что в них возникла потребность и НЕТ возможность не строить их ТАКИМИ БОЛЬШИМИ.
v1000
Мне кажется, цивилизация, способная построить такую конструкцию, скорее сделают корабли для межзвёздных перелетов, или решат энергетические проблемы на совершенно ином принципе. А сфера Дайсона выглядит словно самолет с паровым двигателем.
bushuy
С языка сняли...
red75prim
Или термоядерная электростанция с паровыми турбинами. Никто не может гарантировать, что мы сможем обнаружить новую физику за пределами стандартной модели и общей теории относительности. Никто не может гарантировать, что человечество в ближайшую тысячу лет сможет использовать эту новую физику (если она есть).
Мечты о "совершенно новом принципе" через тысячу вполне могут выглядеть как мечты о вечном двигателе.
jedecuz
Аналогия в общем-то не ахти, потому как вообще-то самолет с паровым двигателем вполне себе летал в 1930е годы, и летал очень даже неплохо. На современных материалах он был бы еще более неплох, но отрасль зарегулирована вусмерть, потому никому браться неинтересно.
Andrey_Epifantsev
Современная цивилизация может строить самодвижущиеся повозки, позволяющие перемещать грузы и людей на большие расстояния и с большой скоростью. Однако, почему-то не обходится только этим. Почему-то одних повозок мало. Для них оказывается нужна инфраструктура — дороги. И эти дороги на текущий момент на много порядков превосходят мегалитические сооружения древности и по размерам и по объемам материалов.
Так же и в будущем: наделают кораблей, но потом окажется, что для их эффективной эксплуатации нужна инфраструктура. Вот и будут строить гигантские астроинженерные сооружения.
Dr_Faksov
Вы не поверите — средневековая цивилизация умела строить деревянную соху, позволяющие обрабатывать землю с гораздо большой скоростью. Однако, почему-то не обходится только этим. Почему-то одной сохи мало. Для неё оказывается нужна инфраструктура — разведение и содержание тяглового скота. И это тогда на много порядков превосходило сохостроение и по затратам времени и по объемам материалов.
Практически для любой вещи нужна инфраструктура. В керосиновой лампе нет никакого смысла если нет инфраструктуры производства и сбыта керосина.
Инфраструктура обычно появляется первой. Либо одновременно.
Ilusha
Концепция основывается на идее, что высокоразвитой цивилизации будет нужно огромное количество энергии для развития.
Но человечество, на текущем уровне развития, решает другую задачу: максимально эффективно использовать энергию.
Отсюда вопрос: а зачем нужна сфера дайсона?
И нужно заметить, проще, значительно проще переработать водород условного Юпитера в термоядерном синтезе. А не разобрать
такую же массу на материалы, для постройки сферы.
arheops
Во первых, сфера решает еще и пространственную проблему.
Во вторых, переработка водорода и получения материалов могут быть одним и тем же процессом.
Ilusha
К сожалению, я не знаю что такое «пространственная проблема».
Водород условного Юпитера в термоядерной реакции эквивалентен сотне миллионов лет получения энергии сферой от солнца.
Поэтому вопрос «зачем» все ещё открыт.
Wizard_of_light
… будет некоторой проблемой переработать. Критерий Лоусона для протон-протонного цикла печален, и характерное время протекания реакции тоже. Есть, правда, ещё катализируемый p-p (CNO-цикл), но для него критерий Лоусона ещё печальнее. Не исключено, что и сверхцивилизации (по крайней мере до II уровня по Шкловскому) плюнут на это гиблое дело, и продолжат водород по старинке в звёздах пережигать.
Tsimur_S
Полагаю что первоочередная задача для таких сверхцивилизаций будет разделение крупных звезд на мелких красных карликов(консервация водорода) что бы не сжечь весь водород раньше времени. Если конечно вселенную не ждет довольно скорая «смерть» от ускоренного расширения и последующего разрыва, тогда в принципе все усилия тщетны.
Wizard_of_light
Не факт, что сверхцивилизация будет этим заморачиваться, по крайней мере в перспективе пары триллионов лет — сам по себе водород не шибко ценен, а для целей энергетики — реакторы на базе компактных гравитирующих тел, аккреционный или сингулярный, способны выжать энергию из вещества произвольного атомного состава.
Tsimur_S
Это при условии что принципиально возможно создать стабильную черную дыру возле которой можно жить и которая не привяжет к себе на веки бессердечной гравитацией.
Wizard_of_light
Ну, чёрная дыра звёздной массы весьма стабильна, фиг с ней чего сделаешь. И жить прямо рядом с ней необязательно, можно на некотором расстоянии. Да потом необязательно с чёрной дырой связываться — нейтронная звезда тоже вполне подойдёт, да и белый карлик. Если на них не слишком много набрасывать, конечно :) Только КПД поменьше будет.
Tsimur_S
Проблема в том что когда все звезды выгорят то вся вселенная и будет состоять из нейтронных звезд, черных дыр и белых карликов с редкими вкраплениями тлеющих красных карликов. И как тут быть? Тащить один белый карлик к другому? Будет ли это выгодно энергетически? Будет ли тут в принципе аккреция работать, учитывая плотность вещества?
Насчет ЧД звездной массы то, насколько знаю, они излучают вообще ничего. en.wikipedia.org/wiki/Hawking_radiation утверждает что масса в 2.0?10^30 kg(масса солнца) испарится в 10^67 лет. Можете представить насколько это мизерное количество количество энергии.
Если существует способ создать ЧД с массой сравнимой например с массой астероида или Луны то возможно это будет работать.
Wizard_of_light
Не, питаться Хокинговским излучением от черной дыры звёздной массы — это совсем печальный удел. Вокруг чёрной дыры звёздной массы надо организовывать аккреционный диск. Он может состоять из любого вещества, и из него при аккреции на быстровращающуюся чёрную дыру в виде излучения и высокоскоростных частиц будет выделяться до 40% полной энергии покоя (которая mc2) аккрецируемого вещества. Вещество можно скидывать реально любое — градиент гравитации чёрной дыры звёздной массы на близких расстояниях разорвёт всё, кроме другой чёрной дыры, даже нейтронную звезду. С супермассивными чёрными дырами из центров галактик фокус может не пройти — у них градиент гравитации за пределами горизонта событий не так велик. Но из них реально вытащить их энергию вращения — через какой-нибудь вариант процесса Пенроуза.
Ilusha
А если гелий?
Юпитер — 10% гелия, в Нептуне — 20% гелия.
Сфера Дайсона мне видится более печальной историей.
Мне кажется, что на этом уровне цивилизация научится получать антиматерию с профицитом.
Tsimur_S
А что гелий? Выхлоп термояда тем выше чем выше дефект массы, обычно он выше всего для реакции водорода. Да и в планетах самой массы пшик по сравнению со звездами.
Что бы продать ненужное нужно сначала купить ненужное.
Что бы получить антиматерию нужно сначала потратить на это дело энергию.
Ilusha
Я не разбираюсь в термоядерных реакциях, к моему сожалению.
А по антиматерии я не зря написал про профицит.
Wizard_of_light
А с ним ещё сложнее, чем с водородом (иначе он бы в звезде «загорался» сразу после синтеза). Наиболее легко вступающие в реакции синтеза — дейтерий, тритий, гелий-3 и литий-6. Их (кроме трития) в составе планет-гигантов тоже должно быть приличное количество, но от полной массы-только доли процента.
genuimous
Одно не мешает другому. Да, используют более эффективно. При этом количество производимой и потребляемой энергии растет. Потому что людей все больше.
Ilusha
Условный Юпитер эквивалентен сотне миллионов лет получения энергии сферой.
Rb3As
Интересно какое количество времени понадобится экспоненциально растущему населению, чтобы застроить всю вселенную сферами Дайсона?
BlackMokona
Меньше 100 миллионов лет, чтобы застроить всю галатику при скорости экспансии в 1/1000 скорости света, всю вселенную не застроить мешает скорость света.
Rb3As
Поставил бы плюс (в том числе за «поправку на галактику»), да кармы нет.
jedecuz
А с чего вы собственно взяли что население будет экспотенциально растущим?
У нас на земляшке вот демографический переход вовсю — чем выше уровень цивилизации тем хреновее с приростом.
none7
Это проблемы культуры Европы, вот китайцы тоже уже могут считаться цивилизованной страной с высоким уровнем развития. Но там демографические проблемы совсем иного рода. Культура Европы ведёт к вымиранию населения и цивилизация с такой культурой сама себя уничтожит задолго до становления цивилизации сверхразвитой.
Ellarihan
Так-то сейчас и у Китая рождаемость очень низкая.
Rb3As
Сфера позволяет разместить очень большую популяцию. Видимо невообразимость этого числа подспудно направляет мысли в сторону экспоненциального роста, который, как вы правильно заметили, возможно и не состоится. И вот в связи с этим возникает вопрос «А зачем тогда сфера?». Возможно проще расселиться по соседям (с туризмом конечно будет туго, хотя и на сфере с ним не все гладко). В общем некоторые главы «Суммы технологии» произвели на меня неизгладимое впечатление, что и подталкивает развести дискуссию )
red75prim
Сфера — это энергия. А энергию много на что можно пустить. Синтезировать антиматерию, чтобы по соседям на аннигиляционных движках мотаться, например. Или кугельблиц попытаться изобразить для прямой конверсии материя-энергия через излучение Хокинга.
raamid
А что если вокруг Вселенной построить сферу Дайсона? Ну и достраивать потихоньку, по мере расширения…
Rb3As
Массы планет гигантов еле-еле хватает, чтобы построить сферу вокруг звезды. Площадь сферы растёт как квадрат расстояния. Расстояния между соседними звёздами — не мальенькие. Без рассчётов моя интуиция подсказывает, что это уже даже не в области фантастики.
genuimous
Но ведь звезда производит энергию (именно производит, из вещества). Соответственно, если всю (почти всю) ее собирать, внутри сферы ее количество будет бесконечно нарастать. Не сбрасывать энергию дальше в космос будет невозможно. Скорее речь идет о преобразовании типов энергии. А раз так, разве для этого нужна сфера? Достаточно собрать столько энергии, сколько можно будет потом выбросить после цикла отработки. Сфера это дело усложнит, придется решать еще одну задачу, противоположную той, которая решает сфера. Собственно это уже мы проходили: глобальное потепление благо для Земли в плоскости энергетики, но зло в плане экологии. Теперь мы думаем, как бы наоборот уменьшить количество приходящей к нам энергии.
JPEGEC
А что именно не так с экологией? Вроде наоборот, живым организмам станет сильно проще, расширятся ареалы.
genuimous
У полюсов расширяется. На экваторе открывается филиал ада.
JPEGEC
Когда я слышал про сферу Дайсона у меня всегда возникало два вопроса:
1. А свободного материала в СС хватит для такого сооружения?
2. А каково соотношение энергий полученных от сферы и потраченных на возведение и эксплуатацию?
red75prim
Солнечная энергия бесполезно улетает в космос, если её не перехватывать. Так что если потратить на постройку и поддержание меньше ста миллионов миллиардов иоттаджоулей (10^41 Дж), то в конечном итоге (за 6 миллиардов лет) останемся в плюсе.
JPEGEC
Думаете прочим небесным телам в СС за пределами 2ае солнечная энергия не нужна? :)
Хотя, может и правда, она там ни на что уже не влияет.
sim2q
Грустно видеть популярность этого термина. Получается, что люди в основном поддерживают идею, что мы так и останемся хоть у гигантского, но всё же — костра :(
anonymous
Поддерживай-не поддерживай, а законы физики никто не отменял.
dfgwer
Есть вариант с эргосферой черной дыры. Можно снимать энергию вращения черной дыры.
sim2q
турбину напрямуюмгд генератор какой нибудь… да хотя бы так для разнообразия)Впрочем, есть спойлер, но не для инета, так как сразу пруфы затребуют, их тоже есть, но там придётся всю предисторию тащить, ну и как обычно окажется, что всё это побочные эффекты об более грандиозных вещей) А точнее как в отсылке к фантастике в комменте ниже (название забыл к сожалению), там не просто так было развернуть планетарный архив цивилизации, его нужно было для этого запустить. Т.е. предварительно понять то чему аналогий у нас пока нет.
dfgwer
Не, именно кинетическую энергию вращения самой ЧД.
Процесс Пенроуза
anatoly314
В Задаче трех тел цивилизации которые хотели спрятаться делали вокруг своей звездной системы барьер в которой скорость света падала и тем самым становились невидимыми для стороннего наблюдателя. Что если сфера Дайсона это не только генератор энергии, но еще и маскировка от стороннего наблюдателя?
alcanoid
Отличная маскировка — сделать собственную систему максимально непохожей на её окружение и на большинство звёзд в принципе! Тем более, в процессе строительства этот переход будет прекрасно заметен снаружи. Тут Бетельгейзе, как говорят, кашлянула пылью, и это на расстоянии в 600 с лишним световых лет было прекрасно заметно невооружённым глазом. А если бы мы видели, как какая-нибудь звезда аномально теряла яркость в течение продолжительного периода, мы (или кто-то ещё) явно направили бы на неё телескопы, чтобы понять, что с ней не так.
sim2q
Фантастику помню с космическим usenet-ом, где в центре галактики по какой то причине скорость падала до скорости света…
Mnemone
Возможно Вернор Виндж «Пламя над бездной» или какая то другая часть цикла романов
Безмысленная Бездна (англ. The Unthinking Depths) — зона Галактики, ближайшая к ядру. Здесь плохо работают биологический и искусственный интеллекты, многие сложные устройства. Исследовать эту зону затруднительно из-за того, что движение быстрее скорости света невозможно.
Медленная зона (англ. The Slow Zone) — следующая зона. На этой территории невозможно создать интеллект, превышающий человеческий, невозможны сложные нанотехнологические устройства. Скорость света также непреодолима. Земля находится именно в этой зоне.
Край (англ. The Beyond) — зона, где разворачивается основное действие «Пламени». Здесь возможно перемещение быстрее скорости света, сверхсветовые коммуникации, антигравитационные устройства, сверхчеловеческий интеллект. Делится на Верхний, Средний и Нижний край в зависимости от степени проявления вышеперечисленных свойств этой зоны.
Переход (англ. The Transcend) — окраина Галактики, где физические законы не ограничивают мощность интеллекта и сложность технологий. Здесь сверхинтеллекты, называемые автором Силами (англ. Powers), выходят на этап технологической сингулярности.
sim2q
Спасибо!
Да оно! несколько книг (томов?)
Tsimur_S
В книге они это делали не ради того что бы повесить камуфляж потому что дыры в пространстве с замедленным светом были прекрасно наблюдаемы.
pz_true
Если уж пошла речь о далеком будущем, то надо научится гасить звезды. А что они без толку жгут наш водород? Его конечно много, но все же не бесконечно много.