Uma forma de medir a complexidade de um material / substância?
Estou tentando criar um sistema mágico por meio do qual uma pessoa tem que entender um material / substância para que possa localizá-lo ao seu redor e, eventualmente, manipulá-lo de outras maneiras.
Eu tentei algo assim:
A pessoa usa um dispositivo alienígena implantado para escanear a natureza do ouro, para que possa enviar um sinal para localizá-lo em um ambiente limitado. O dispositivo usa a energia biológica do proprietário, como um segundo cérebro - porém, ele só consome energia durante a operação ee a quantidade dependendo da tarefa em mãos.
Se o usuário tiver acesso ao ouro puro, é mais fácil porque é um elemento. Porém, ouro puro é difícil de conseguir, então eles usam um anel de ouro, que é uma liga (ouro + prata + cobre + zinco) e torna a tarefa consideravelmente mais consumidora de energia.
Fácil neste exemplo, mas como posso comparar a digitalização de um cabelo humano a, por exemplo, seda? Ou mesmo dois tipos de materiais baseados em carbono, carvão versus diamante?
Existe uma maneira fácil de comparar moléculas para que eu possa pesquisá-las online e construir facilmente uma escala de energia?
Porque, pelo que entendi, não é apenas o tamanho das moléculas que importa, mas também o tipo de elementos envolvidos, como eles se ligam e a estrutura que eles formam.
Respostas
Uma maneira de fazer isso seria classificar a complexidade por número de átomos na molécula. Dessa forma, você poderia ter ouro fácil, água um pouco mais dura e algo cheio de zilhões de proteínas dobradas, como a carne humana, seria quase impossível.
Um problema com o que acabei de propor é que nem tudo se divide perfeitamente em moléculas. Ligas e sais podem precisar de um sistema diferente. Mas, para uma aproximação rápida, o número de átomos por molécula pode ser bom.
Uma abordagem ligeiramente diferente pode ser o número / tipo de títulos. Algo como água (duas ligações simples) pode ser mais fácil do que dióxido de carbono (duas ligações duplas). Mais uma vez, isso penalizaria moléculas grandes e se decomporia em sais e ligas.
Um meio termo pode ser a energia de ligação. Cada vínculo tem uma determinada energia necessária para quebrá-lo, e é diferente para vínculos diferentes. (Essas energias estão prontamente disponíveis consultando o Google). Se você classificou a complexidade da molécula somando as energias de ligação da molécula, você teria dificuldade crescente conforme as moléculas se tornassem maiores, permitindo as diferenças entre os tipos de ligações. Para sais, você poderia usar a unidade básica, e para ligas ... Tenho certeza que você pode pensar em algo.
Esta é uma ideia muito legal, aliás!
o número de elementos pode ser sua melhor aposta. Um pedaço de proteínas não é muito mais complexo do que uma pilha aleatória dos mesmos elementos. Em termos de dados brutos, simplesmente não achamos útil um arranjo aleatório de elementos. Um pedaço de grafite e um pedaço de diamante da mesma massa são igualmente complexos ou bastante próximos, o diamante pode conter um pouco mais de energia devido a ter mais ligações, mas em termos de informação bruta, ambos contêm a mesma quantidade de informação, o mesmo número de átomos e camadas de elétrons em um padrão diferente. enquanto algo como o aço tem átomos de ferro e carbono. Você também pode incluir um fator baseado em quão ordenado é o material, um pedaço de ouro pode ser essencialmente aleatório, enquanto o aço deve ter um padrão molecular, embora seja um simples cristalino. enquanto algo como uma proteína tem um padrão mais complexo, ou mais precisamente padrões de padrões, e uma coisa viva tem ainda mais padrões complexos dentro de padrões dentro de padrões, ect, ect.
você pode definir como o material está ordenado usando um formulário de classificação simples de química do ensino médio. Não é perfeito, mas você está escrevendo uma história, não uma dissertação sobre química.
Com a complexidade aumentando à direita, você pode adicionar mais uma categoria para seres vivos que são terrivelmente complexos.
Se você quiser ir um pouco mais fundo, também pode usar a temperatura, quanto mais frio um material, mais ordenado ele é.
Conteúdo de informação
Parece que a métrica que você deseja é, na verdade, conteúdo de informação.
Isso pode exigir um pouco de aceno com a mão, uma vez que não está claro por que "mágica que exige que você entenda a estrutura de uma coisa" diferencie entre não precisar se preocupar com a estrutura exata de uma pilha de átomos dispostos aleatoriamente (por exemplo um balde de H₂O puro, que tem um conteúdo de informação extremamente baixo) vs. digamos um floco de neve que pode ser argumentado como tendo um conteúdo de informação muito, muito mais alto (isto é, para descrever precisamente sua forma). Mas você disse que elementos "puros" deveriam ser fáceis, então provavelmente é isso que você quer.
Nesse sentido, embora seja fácil especificar tudo sobre um balde de H₂O puro. Sim, cada molécula tem uma posição e velocidade únicas (e, graças a Heisenberg, você não pode saber as duas coisas), mas essas propriedades são aleatórias. Eles não são significativos; eles não são informações .
Por essa métrica, algo como uma esmeralda cortada ou uma chave de fenda fundida é muito fácil; você só precisa entender a estrutura básica dos átomos e suas proporções relativas, e ter uma ideia bastante aproximada da forma. Um circuito integrado muito simples seria muito difícil, enquanto algo realmente complicado como uma CPU moderna ou uma célula viva é quase certamente impossível, pelo menos se estivermos falando de humanos. (Você pode fazer um vírus ou uma fita de DNA, mas o DNA mal está arranhando a superfície da informação real que vai para os organismos vivos. O DNA está para os seres vivos assim como a receita do aço inoxidável está para um arranha-céu moderno.)
Às vezes, afirma-se que os replicadores de Star Trek funcionam dessa maneira, pelas mesmas razões; há uma enorme diferença na quantidade de informação necessária para descrever o arranjo aleatório de proteínas e produtos químicos para fazer algo que pode passar por "bife", ou mesmo por um boi morto, e a quantidade de informação necessária para criar um boi vivo . A propósito, isso sugere uma ruga interessante; sua magia pode ser mais fácil se você não se importar em mutilar seu "material de origem".
(Aliás, eu li livros sobre esse assunto, embora não conseguisse me lembrar de títulos específicos de improviso.)
Para responder mais diretamente à sua pergunta, a complexidade de uma substância é proporcional à facilidade de descrevê-la. Portanto, a coisa a fazer é perguntar a si mesmo o quão difícil seria descrever uma coisa de uma forma que você consideraria qualquer coisa que corresponda à sua descrição como "a mesma coisa". É por isso que algo como "um balde de água" é fácil; um monte de moléculas de H₂O em qualquer arranjo ainda é "água". Para algo como um rolamento de esferas, você precisa saber que é uma esfera, que talvez tenha uma certa estrutura de cristal, que tenha tais e tais proporções de ferro, carbono e assim por diante, mas as posições exatas do carbono átomos não são importantes. Para algo como uma proteína, bem, isso é uma outra chaleira de peixe ... e esqueça algo como um peixe. Conforme observado acima, talvez você possa envolver sua cabeça em torno disso o suficiente para ter algo que se pareça com um peixe (morto) quando terminar. OTOH, você pode ser capaz de fazer algo como mudar todo o DNA de um organismo para algum outro arranjo (temos, afinal, exemplos de DNA completamente sequenciado), embora a utilidade disso seja uma outra questão.