Domanda:
È possibile accendere il fuoco usando il chiaro di luna?
Calmarius
2014-10-12 13:43:12 UTC
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Puoi accendere il fuoco concentrando la luce solare utilizzando la lente d'ingrandimento.

Ho cercato sul web se puoi fare lo stesso usando il chiaro di luna. E ho trovato questo e questo: i primi due nei risultati di ricerca di Google.

Quello che ho trovato è l'argomento della termodinamica: non puoi riscaldare nulla a un livello superiore temperatura utilizzando la radiazione del corpo nero rispetto al corpo nero stesso e la Luna non è abbastanza calda.

Può essere vero, ma i miei sentimenti istintivi protestano ... Più grande è la tua apertura, più luce raccogli , inoltre hai una migliore messa a fuoco perché il disco arioso è più piccolo. Quindi, se hai un obiettivo davvero enorme con una messa a fuoco molto breve (per mantenere l'immagine della Luna piccola), o nel caso estremo costruisci una sfera di Dyson attorno alla Luna (lasciando un piccolo foro per far entrare la luce del sole) e concentrandoti tutta la luce riflessa in un punto dovrebbe essere più che sufficiente per incendiare un pezzo di carta, non è vero?

Sono confuso. Quindi puoi accendere fuochi usando la Luna?

Puoi concentrare la luce della luna su un piccolo pannello solare, accumulare l'elettricità in una piccola batteria e usarla per accendere quello che vuoi.Niente di tutto ciò viola minimamente la termodinamica, finché la temperatura delle vostre celle solari è leggermente inferiore alla temperatura della radiazione (e il bandgap è scelto correttamente), genereranno elettricità.La "temperatura" della luce lunare è abbastanza vicina a quella della luce solare perché è uno spettro solare riflesso, non uno spettro di emissione termica alla temperatura della superficie lunare.
La tua discussione sulla radiazione del corpo nero dalla luna vale per una luna nuova.Scommetto che concorda con il tuo istinto.Con la luna piena, stai discutendo della luce solare riflessa che non è in equilibrio termico con la superficie lunare.
Se stai usando l'ipergolismo, sì, puoi.Nessuna luna necessaria.
Se la temperatura più alta che potresti raggiungere fosse determinata dalla temperatura dell'oggetto che riflette la luce, non saresti in grado di accendere un fuoco con un laser riflesso da uno specchio.In effetti, non potresti accendere un fuoco con un periodo laser, poiché il funzionamento del laser dipende dalla riflessione interna.
Le tue fonti commettono l'errore cruciale presumendo che l'unica radiazione dalla luna sia la radiazione del corpo nero.Questo è ** falso **!La maggior parte della radiazione dalla luna è ** radiazione riflessa ** dal sole.Quindi penso, sì, potresti dare un obiettivo abbastanza grande (vedi il commento di J, circa 17 m).La radiazione del corpo nero è ciò che vedi (o meglio, non vedi poiché la luna non è così calda) durante un'eclissi lunare,
@sanchises - Sono abbastanza sicuro che ciò che vedi durante un'eclissi lunare totale è la luce solare rifratta attraverso l'atmosfera terrestre.La radiazione del corpo nero dalla superficie della Luna è a una lunghezza d'onda inferiore a quella che la visione umana può rilevare.
Sì ... stavo pensando a una luna completamente nera, ho dimenticato che la luna è rossa durante un'eclissi.
Niente sull'energia di attivazione?Hunh ...
[Randall dice che non puoi] (http://what-if.xkcd.com/145/).
@pela Sì, l'ha detto oggi.
Sì, è per questo che ho fatto questo commento oggi.Prima di leggere il suo articolo, non avevo pensato all'impossibilità di alzare la temperatura al di sopra di quella della sorgente.Ho votato positivamente la risposta di CuriousOne molto tempo fa, e penso ancora che sia una buona risposta, anche se suppongo che abbia bisogno di un aggiornamento.
A quanto pare ... no: https://what-if.xkcd.com/145/
Redditers sembra essere in forte disaccordo con Randall: https://www.reddit.com/r/xkcd/comments/451qis/whatif_145_fire_from_moonlight/ Esiste effettivamente un consenso in questo momento?
C'è anche una discussione in [Quora] (https://www.quora.com/Can-you-start-a-fire-with-focused-moonlight), dove la risposta più alta dice che non puoi perché la potenza per area quadrata è troppo piccola.A me non sembra molto convincente ma non sono un esperto.
@Sanchises l'albedo della luna è 0,12, quindi la maggior parte della radiazione che lascia la luna è radiazione del corpo nero.tuttavia quasi tutta la luce visibile è luce riflessa.
Sette risposte:
#1
+82
CuriousOne
2014-10-12 14:11:57 UTC
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Moonlight ha un picco spettrale intorno a $ 650 \ \ mathrm {nm} $ (il picco del sole intorno a $ 550 \ \ mathrm {nm} $ ). Le normali celle solari funzioneranno benissimo per convertirle in elettricità. La potenza del chiaro di luna è circa $ 500 \, 000 $ volte inferiore a quella della luce solare, che per una costante solare di $ 1000 \ \ mathrm {W / m ^ 2} $ ci lascia con circa $ 2 \ \ mathrm {mW / m ^ 2} $ . Dopo aver tenuto conto delle perdite ottiche e di una tipica efficienza delle celle solari di circa $ 20 \ \% $ , possiamo probabilmente sperare di estrarne ca. $ 0.1 \ \ mathrm {mW} $ con un mirror foil abbastanza semplice di $ 1 \ \ mathrm {m ^ 2} $ area della superficie. Accumulato nel corso di un'intera notte con la luna piena, questo ci lascia con circa $ 6 \ \ mathrm h \ times3600 \ \ mathrm {s / h} \ times0.1 \ \ mathrm {mW} \ approx2 \ \ mathrm J $ di energia. È un sacco di energia per accendere un fuoco usando le sostanze chimiche giuste e un sottile filamento come riscaldatore.

scontato, se devi aspettare una notte intera potresti anche usare il sole per farlo!: D
Per metterlo nel contesto della lente d'ingrandimento di OP, diciamo che puoi accendere un fuoco focalizzando la luce solare diurna usando una lente di 25 mm di diametro.Per raccogliere la potenza ottica equivalente utilizzando la luce lunare sarebbe necessaria una lente di oltre 17 m di diametro (quasi 60 piedi).Questo non starebbe nel tuo zaino da campeggio.
Lo accetto, perché risponde alla mia domanda.Anche se questa non è la risposta che mi aspettavo.Quindi posterò presto un'altra domanda più specifica sui corpi neri.
Pensavo volessi sottolineare che questa energia non sarebbe stata sufficiente per dare fuoco a qualcosa.Eh!
@VioletGiraffe: Bene, come puoi vedere semplicemente non è corretto.
@CuriousOne: forse.A proposito, penso che alla tua deduzione manchi la parte finale - non è ovvio per me che 2 J sia sufficiente, sarebbe carino se lo dimostrassi anche tu.
@VioletGiraffe: Vedi ad es.http://en.wikipedia.org/wiki/Minimum_ignition_energy.Ho sovrastimato l'energia richiesta di almeno tre ordini di grandezza per essere al sicuro.
@Calmarius - se ti stavi chiedendo se potrebbe essere fatto con un sistema ottico passivo che coinvolge lenti / specchi, al contrario di qualcosa come un pannello solare che funziona come un tipo di motore per convertire la luce in elettricità, allora la risposta è no, conservazioneof etendue in ottica implica che un sistema ottico passivo non può mai focalizzare la luce a un'intensità maggiore dell'intensità sulla superficie della sorgente - vedere alcune delle risposte a [questa domanda] (http://physics.stackexchange.com/domande / 140949 / è-possibile-focalizzare-la-radiazione-da-un-corpo-nero-per-fare-qualcosa-di-caldo).
@Hypnosifl: Ma anche allora si potrebbe probabilmente accendere il fuoco usando una sostanza chimica sensibile alla luce.La domanda è, in questo senso, troppo ampia per negare apertamente la possibilità basata sui principi della fisica.Penso che il divertimento principale sia pensare ai modi in cui potrebbe essere realizzato.
@CuriousOne - Buon punto, potrebbero esserci sostanze chimiche che si accenderebbero (cioè subirebbero una reazione chimica che convertirà un mucchio di energia potenziale nei legami molecolari in calore) se esposte a un'intensità di luce inferiore o uguale a quella della superficie lunare.
@Hypnosifl: Cosa ne pensi dell'entusiasmo di un laser?Pensi che si possa superare una soglia laser con la luce lunare concentrata?
@CuriosOne - Se il pannello solare è collegato a una batteria, i tuoi calcoli che indicano che 2 J potrebbero essere accumulati in una notte sembrano giusti, quindi è solo una questione se è sufficiente (in caso contrario potresti sempre passare più di una notte a caricare la batteria).Non so molto sui laser oltre ai principi fisici di base, c'è un'equazione per la potenza necessaria [qui] (http://en.wikipedia.org/wiki/Lasing_threshold) ma non conosco i valori delle costantiper un laser che potrebbe incendiare materiali infiammabili o il tempo minimo necessario per erogare questa potenza.
@Hypnosifl: Ho trovato fonti che affermano che l'accensione di miscele di gas aria può essere eseguita con un minimo di 100uJ, ovviamente è necessario verificarlo.Non so davvero nulla di valore sulle soglie del laser ottico.I laser elettricamente eccitati sembrano funzionare con un minimo di 1uW, ma ciò non ha conseguenze per il pompaggio ottico, per quanto ne so.
Questo risponde veramente al Q @CurioisOne.Mi perdo davvero perché le risposte più tecniche di seguito sembrano mostrare conoscenze tecniche sull'ottica che non ho.L'accumulo di energia in questo modo non sembra ciò che era nella mente di OP originariamente.Grazie in anticipo.Presumo che tu possa aiutarmi ad orientarmi tra le varie risposte.
#2
+31
gatsu
2014-10-12 13:58:14 UTC
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Almeno un punto a tuo favore è che la luce che riceviamo dalla Luna non ha quasi nulla a che fare con la sua temperatura. Invece è principalmente una sorgente di luce secondaria che "riflette" la luce del Sole verso di noi.

Il secondo punto a tuo favore (credo) è che l'argomento termodinamico sembra piuttosto debole. Non stiamo cercando di rendere la Terra calda come il Sole o qualcosa del genere. L'unica cosa che vogliamo è raccogliere abbastanza energia in un volume sufficientemente piccolo con ossigeno e un po 'di carburante per accendere un fuoco; quindi la maggior parte dell'energia per il fuoco proviene ancora dall'entalpia della reazione di combustione.

Nel complesso, penso che questo non sia impossibile ma probabilmente molto inefficiente a causa della frazione minuscola di potenza che riceviamo dal Sole luce diffusa dalla Luna.

Ebbene, la temperatura della superficie lunare durante il giorno è di circa 123 gradi centigradi, che non è abbastanza calda per accendere la carta o il fluido più leggero, quindi se dovessimo fare affidamento sulla radiazione del corpo nero dalla Luna e sull'ottica pura, sarebbe impossibile.Ma poiché come dici tu la luce della luna viene riflessa anziché riemessa, potrebbe essere in linea di principio possibile.Immagino che tu abbia bisogno di un'area di raccolta incredibilmente ampia.
> * "la luce che riceviamo dalla Luna non ha quasi nulla a che fare con la sua temperatura. Invece è principalmente una fonte di luce secondaria" che riflette "la luce del Sole verso di noi." * Anche io lo pensavo, ma in realtà l'albedo della Lunala superficie è piuttosto bassa, intorno allo 0,1.Ciò significa che solo il 10% dell'energia della radiazione incidente viene riflessa dalla superficie.Il restante 90% (assumendo l'equilibrio energetico su molte rotazioni della Luna) viene irradiato come radiazione termica della Luna.
Sembra che la maggior parte dell'energia di radiazione che la Terra riceve dalla Luna sia termica.Tuttavia, il fatto che né la Luna né l'oggetto da riscaldare siano corpi neri significa che in linea di principio si potrebbe riscaldare a una temperatura più alta della superficie della Luna.Vedi anche la mia risposta qui: https://physics.stackexchange.com/questions/370446/is-randall-munroes-what-if-xkcd-correct-that-magnified-moonlight-cant-get-th/370600#370600
#3
+8
Marty Green
2016-01-06 17:32:49 UTC
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Se potessi riempire l'intero cielo di lune, non accenderesti un fuoco. Sarebbe come guardare in alto e vedere un'ampia distesa di sabbia lucente e brillante su una spiaggia. Quello che puoi fare con lenti e specchi non è diverso dal riempire il cielo di lune, quindi no: non puoi accendere un fuoco in questo modo.

Questo è in realtà un ottimo modo per risolvere il problema in modo che possa essere risolto in modo intuitivo.
@Marty Green Adoro l'analogia, ma sai una cosa?Se pensiamo alla Luna come a un riflettore, non a un corpo nero, in realtà non sono sicuro che tu abbia ragione - non mi sembra ovvio.
Se riempi il cielo di specchi, sì, puoi accendere un fuoco.
Questo non è corretto.Secondo il tuo ragionamento non puoi usare lenti per accendere un fuoco anche alla luce del sole.
@alchimista Non mi sbaglio.Se riempi il cielo di soli puoi accendere un fuoco.Se riempi il cielo di lune non puoi accendere un fuoco.
@Marty Green's.In questo hai ragione.Ma in linea di principio puoi concentrare la luce.In altre parole, piuttosto che mettere rigorosamente a fuoco qualcosa, è possibile ottenere un corpo più caldo del corpo nero che irradia.Sicuramente più caldo dello specchio in mezzo.
@Alchimista: con solo lenti e specchi, non puoi ottenere un corpo più caldo del corpo nero che irradia.
@Peter Shor.Puoi renderlo più caldo dello specchio.Questo è ciò di cui tratta la domanda.Per la parte estesa, non vedo alcuna limitazione fondamentale a condizione che il sistema sia considerato nel suo insieme (radiatore, corpo target, lenti e riflettore tra di loro. E dimensioni relative. Ma su questa parte estesa della questione non sono sicuro. Cerco di riesaminare le risposte. Se tu potessi dirmelo in breve, ne sarò felice.
La luna non è uno specchio.
Parla di uno specchio per favore.Questo è il concorso qui.
@Alchimista Uno specchio produce un'immagine del sole, che può essere messa a fuoco dall'obiettivo.Puoi accendere un fuoco con il sole uno specchio e una lente, sostituire un foglio di carta (che è molto più riflettente della luna) allo specchio e provare ad accendere un fuoco.L'immagine prodotta mettendo a fuoco con un obiettivo non è più luminosa dell'originale.Luminoso come il sole può accendere fuochi, luminoso come un pezzo di carta ben illuminato non lo farà.(almeno non in un foglio di carta simile)
le lenti non fanno sembrare le cose più luminose, le fanno solo sembrare più grandi (o più piccole) la luna semplicemente non è abbastanza luminosa da innescare fuochi di cellulosa.
Scusa @Jssen se c'è qualcosa che vieta che deve essere in un altro principio.La luminosità per superficie è sicuramente maggiore se le lenti o lo specchio concentrano la luce proveniente da un'area più grande in un punto più piccolo.Ecco perché possiamo osservare più stelle con un mirino.
@Jassen: La luminosità per superficie che guarda attraverso l'oculare non è più alta (se ignori la diffrazione, che può essere ignorata per la luce della luna o la luce del sole).Ma le stelle, anche quelle vicine, sono larghe una minuscola frazione di un "pixel".I telescopi li rendono larghi una frazione più grande di un pixel e quindi forniscono più luce totale al "pixel".Concentrano la luce in uno spazio più piccolo ma la luce che entra in tale spazio proviene da una più ampia gamma di angoli.
#4
+8
Zubo
2016-07-11 20:17:56 UTC
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Lo sto superando, perché sembra che non ci sia ancora consenso sulla questione, anche dopo il post What If di Randall e le accese discussioni che ne sono seguite:

E se postare

Discussione su Reddit, in cui le persone sono fortemente in disaccordo con Randall

La mia opinione intuitiva (prendendo spunto dalle discussioni): Ovviamente, l'argomento di Randall vale per i blackbodies.Tuttavia, una parte della luce lunare è luce solare riflessa diffusa, quindi dovrebbe essere in grado di accendere un fuoco.

@Marty Green: Se la mia argomentazione è corretta, allora "aggiungere lune al cielo notturno" aumenterà sicuramente la temperatura oltre la temperatura superficiale delle lune (perché tutto ciò che facciamo è aggiungere più specchi).

Vedi [la mia analisi del contributo della luce solare riflessa] (http://physics.stackexchange.com/a/282492/26969) che sostanzialmente mostra che non è significativo.
Argomenti termodinamici tipo di lavoro perché la luna è riflettente al "100%" (anche se l'88% della luce viene "riflessa" come infrarossi).Ma in senso stretto non si tratta di radiazioni del corpo nero: si potrebbe teoricamente rivestire il forno con un materiale che riflette gli infrarossi ma è trasparente alla luce visibile.Tuttavia, questa non è l'immagine standard di una lente d'ingrandimento o di un'altra configurazione dell'obiettivo che non si preoccupa della lunghezza d'onda.
#5
+5
kristjan
2015-01-05 00:39:54 UTC
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Altre risposte qui non tengono conto di due aspetti molto importanti. Innanzitutto, il punto riscaldato irradia anche . In secondo luogo, non esistono lenti ideali con un rapporto tra diametro grande e lunghezza focale . Quest'ultimo può essere provato con l'entropia.


Illustration of the following argument.

Supponiamo che il sistema di illuminazione "magica" (che potrebbe contenere l'obiettivo ideale) esista lontano dalla Terra. Supponiamo inoltre di circondare questo sistema con un bagno di radiazione di angolo solido $ 4 \ pi $ con temperatura $ T_0 $. Quindi, a causa della seconda legge della termodinamica, il sistema sarà in equilibrio, quando la temperatura nel dispositivo "magico" sarà uniformemente anche $ T_0 $. Quindi, per simulare un oggetto radiante (come la Luna), rimuoviamo la maggior parte della radiazione e lasciamo solo una piccola proporzione dell'angolo solido. Naturalmente, se il dispositivo di illuminazione "magico" consiste solo di lenti e specchi, la radiazione verso il punto riscaldato può solo diminuire $ \ Rightarrow $ la sua temperatura $ T \ leq T_0 $. Si noti che la temperatura $ T $ dipende solo dalla potenza con cui viene riscaldata, non dallo spettro della radiazione.

Se esistessero lenti di diametro arbitrariamente grande rispetto alla lunghezza focale, queste potrebbero essere utilizzate per focalizzare la luce di una radiazione corpo (come il Sole o la Luna) ad intensità arbitrarie, dando luogo a temperature arbitrariamente alte (contraddicendo la dimostrazione).


Quindi se il punto riscaldato è nero, l'intensità massima del corpo nero la radiazione è l'intensità della luce riflessa. Pertanto la temperatura massima potrebbe effettivamente essere compresa nell'intervallo $ 0 ^ {\ circ} C $.

Se il punto riscaldato non è nero, ma irradia solo uno spettro ad altissima frequenza, le temperature ottenibili sarebbero più alte , probabilmente temperature fino alla temperatura del sole.

Potrebbe sembrare che una lente parabolica arbitrariamente grande possa essere utilizzata per riscaldare un punto a temperature arbitrarie.Tuttavia, va notato che l'effetto di riscaldamento è zero, se consideriamo solo una singola direzione dei raggi incidenti (l'angolo solido è zero, la temperatura è finita).Quindi, dobbiamo considerare come il punto cambia sotto piccole perturbazioni dell'angolo incidente.Risultato: molto male.Si osserva un effetto coma estremo, che rovina la nostra alta intensità.Infatti, se osservassimo dal punto intenso, osserveremmo solo la Luna riflessa, con la stessa intensità dell'angolo solido.
#6
  0
Space Otter
2016-08-30 19:21:36 UTC
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Sembra che la domanda riguardi specificamente l'utilizzo di un obiettivo.

Nella domanda originale: "Quindi, se hai un obiettivo davvero enorme ... e focalizzi tutta la luce riflessa in un punto, dovrebbe essere più che sufficiente per incendiare un pezzo di carta, vero?"

In questo caso l'utilizzo di celle solari non risponde alla domanda.

La risposta è no. Indipendentemente dall'obiettivo, non puoi rendere la superficie più luminosa della superficie della luna. Questa è la termodinamica. vedi: seconda legge della termodinamica

La seconda legge della termodinamica afferma che l'entropia totale di un sistema isolato aumenta sempre nel tempo

In altre parole, l'energia non può fluire da un'area più fredda a una più calda.

Può anche essere spiegato utilizzando il punto di vista dei calcoli ottici. Vedi: il commento di CuriousOne su un sistema ottico passivo e la conservazione dell'etendue. Dovresti vedere questo post. Soprattutto la risposta di CountIbis che spiegherà i limiti utilizzando calcoli ottici.

Se l'oggetto irradia come un corpo nero, ha un raggio di R, una temperatura di TT ed è a una distanza d, il flusso di radiazione che raggiunge l'obiettivo è: $ $ F = \ sigma T ^ 4 \ left (\ frac {R} {d} \ right) ^ 2 = \ sigma T ^ 4 \ alpha ^ 2 $$ La potenza totale della radiazione che entra nell'obiettivo PP è l'area dell'apertura della lente tempi il flusso: $$ P = \ pi r ^ 2 F = \ pi \ sigma T ^ 4 \ alpha ^ 2r ^ 2 $$ span > Questo potere finisce per riscaldare l'area dell'immagine sul piano focale. Il flusso di radiazione è: $$ F _ {\ text {im}} = \ frac {P} {\ pi \ alpha ^ 2f ^ 2} = \ sigma T ^ 4 \ frac {r ^ 2} {f ^ 2} $$ Supponi di mettere un corpo nero nel piano dell'immagine, la temperatura sarà $ T _ {\ text {im}} $ dove $ \ sigma T _ {\ text {im}} ^ 4 = F _ {\ text {im}} $ quindi: $$ T _ {\ text {im}} = \ sqrt {\ frac {r} {f}} T $$ Il rapporto tra la lunghezza focale f e l'obiettivo il diametro è chiamato numero F e questo è sempre più grande di 1. Quindi, il fattore che moltiplica TT nell'equazione di cui sopra sarà sarà sempre inferiore a 1, quindi non puoi mai raggiungere una temperatura più alta della temperatura dell'oggetto in questo modo.

Dovresti anche vedere i link di @zubo http://what-if.xkcd.com/145/

Se assumiamo che la luna si irradia come un corpo nero, sì.Ma se si comporta come uno specchio, riflettendo la luce del sole, allora potrebbe ancora funzionare, no?Quel caso non è affrontato qui, credo.
"Indipendentemente dalla lente, non puoi rendere la superficie più luminosa della superficie della luna."Usare più lenti e specchi per dirigere tutti i punti di luce creati in un unico punto farebbe la differenza?
@Sean256 Non puoi "sfumare" i fasci di luce in un unico punto.Viola le leggi dell'étendue.Anche un sistema ottico deve essere sempre reversibile, quindi se la luce fosse focalizzata su un singolo punto il sistema non potrebbe essere reversibile poiché i fasci di luce non sanno dove andare. I raggi possono essere focalizzati solo su un * area * non su un punto, il che è molto importante.
Se si dispone di radiazioni non di corpo nero, la quantità di riscaldamento di un oggetto può dipendere in modo significativo dalle proprietà spettrali di assorbimento / riflessione ottiche dell'oggetto.[Ad esempio, la quantità di calore che il sole riscalda sulla Terra dipende dalla quantità di CO2 nell'atmosfera.] Quindi il tuo commento "non puoi mai raggiungere una temperatura superiore a quella dell'oggetto" è sbagliato.
#7
-2
Guill
2014-10-21 02:32:54 UTC
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Poiché la domanda non è vincolata in alcun modo, la risposta è , è possibile. È "realisticamente" possibile, no .
Per renderlo possibile, tutto ciò che devi fare è concentrare il chiaro di luna (otticamente o elettricamente) finché non hai energia necessaria per raggiungere il punto di accensione del materiale. ciò che lo rende non realistico sono le dimensioni, il costo e / o il tempo necessari per creare un "concentratore".

Questa risposta potrebbe essere migliorata leggendo sull'argomento: le idee che citi sono controverse e richiedono argomenti e spiegazioni.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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