Рэндалл Манро - А что, если?.. Научные ответы на абсурдные гипотетические вопросы

• Название: А что, если?.. Научные ответы на абсурдные гипотетические вопросы
• Автор: Рэндалл Манро
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-17-088495-7

Эта книга – продолжение одного из самых знаменитых научно-популярных сайтов всех времен. Рэндалл Манро – инженер НАСА, ученый, художник и создатель невероятно популярного интернет-комикса xkcd.com – пытается найти серьезные ответы на самые невероятные вопросы, которые присылают ему посетители его сайта. Оказывается, о самых серьезных научных проблемах можно говорить легко и с большим юмором. Если вы любите науку, комиксы, Интернет и хорошую шутку – эта книга для вас.

В формате pdf A4 сохранен издательский дизайн.

---

…чтобы достичь живым Зоны смерти.

Примерно на уровне 8000 метров – это выше всего, кроме самых высоких гор, – содержание кислорода в воздухе становится слишком низким. Приближаясь к этой высоте, вы будете испытывать ряд симптомов, включающих, вероятно, спутанность сознания, головокружение, нарушение зрения и тошноту.

При приближении к Зоне смерти уровень кислорода в вашей крови резко упадет. Ваши вены предназначены для того, чтобы нести кровь с низким содержанием кислорода к легким, чтобы восполнить его содержание. Но в Зоне смерти содержание кислорода в воздухе настолько мало, что кровь при газообмене с воздухом легких будет терять кислород, вместо того, чтобы насыщаться им.

Результатом будет быстрая потеря сознания и смерть. Это произойдет где-то в районе семи часов после взлета: шансы, что вы проживете восемь часов, крайне невелики.

Она умерла так же, как жила, – поднимаясь вверх со скоростью один фут в секунду. В смысле, как жила в последние несколько часов.

И вот, спустя два миллиона лет ваше промерзшее насквозь тело, все еще летящее сквозь пространство со скоростью фут в секунду, выйдет через гелиосферу в межзвездное пространство.

Клайд Томбо, астроном, открывший Плутон, умер в 1997 году. Часть его праха поместили в американский космический зонд «Новые горизонты», который в июле 2015 года пролетит мимо Плутона и отправится дальше, за пределы Солнечной системы.

Нет сомнений, что ваше гипотетическое путешествие со скоростью фут в секунду будет холодным, неприятным и в конечном счете смертельным. Зато когда Солнце спустя четыре миллиарда лет превратится в красного гиганта и поглотит Землю, во всей Вселенной не останется ни одного человека, кроме вас и Клайда.

И это тоже неплохо.

Странные (и тревожные) вопросы из папки «Входящие» сайта «А что, если?»

ВОПРОС: Можно ли, учитывая современные познания и возможности человечества, построить новую звезду?

– Джефф Гордон

ВОПРОС: С какими сложностями логистики вы столкнетесь, если решите создать армию человекообразных обезьян?

– Кевин

ВОПРОС: Если бы у людей были колеса и они могли бы летать, как бы мы отличали их от самолетов?

– Аноним

Субмарина на орбите

ВОПРОС: А что, если запустить на орбиту атомную подлодку? Как долго она сможет там продержаться?

– Джейсон Лэтбери

ОТВЕТ: Сама субмарина будет в порядке, но вот у команды возникнут проблемы.

Подлодку не разорвет. Корпусу подлодки приходится выдерживать на глубине наружное давление от 50 до 80 атмосфер, так что корпус спокойно выдержат внутреннее давление воздуха в одну атмосферу.

Скорее всего, корпус окажется воздухонепроницаемым. Хотя водонепроницаемая изоляция необязательно означает, что воздух не сможет через нее проникнуть, тот факт, что вода не может просочиться через обшивку под давлением в 50 атмосфер, говорит о том, что быстро, во всяком случае, воздух через нее не пройдет. На подлодке может быть установлено несколько специализированных односторонних клапанов, выпускающих воздух, но скорее всего, субмарину удастся полностью изолировать от окружающей среды.

Более серьезная проблема, с которой столкнется команда, очевидна – отсутствие воздуха.

Атомные подлодки используют электричество, чтобы извлекать кислород из воды. В космическом пространстве воды нет [источник не указан], так что вырабатывать воздух не получится. У подлодки достаточный запас кислорода, чтобы команда могла прожить как минимум несколько дней, но затем у моряков начнутся проблемы.

Чтобы сохранить тепло, можно включить реактор, но членам команды придется очень точно рассчитать, как долго он должен работать, поскольку океан холоднее космоса.

Строго говоря, это не так: все знают, что в космосе очень холодно. Причина, по которой космический корабль может перегреться, заключается в том, что космическое пространство не так хорошо отводит тепло, как вода, так что температура на лодке в космосе поднимается быстрее, чем на лодке в океане.

Но если вы хотите еще большего педантизма, то знайте: это все-таки правда. Океан холоднее космоса.

Межзведное пространство действительно очень холодное, но зона поблизости от Солнца – и вблизи Земли – на самом деле очень горячая! Причина, по которой кажется, что это не так, связана с тем, что в космосе наше понятие температуры не работает. Космос кажется холодным потому, что он такой пустой.

Температура – это мера средней кинетической энергии молекул. В космосе у каждой отдельной молекулы кинетическая энергия в среднем высокая, но этих молекул так мало, что они на вас просто не влияют.

Когда я был ребенком, у отца в подвале была мастерская, и я помню, как он работал на точильном станке. Когда металл касался шлифовального круга, с него летел сноп искр, осыпавших руки и одежду отца. Я не мог понять, почему это не причиняло ему вреда – в конце концов, эти сияющие искры были раскалены до нескольких тысяч градусов.

Позднее я узнал, что искры не причиняли отцу вреда потому, что были крохотными, и ничтожное количества тепла, которое в них было, тело человека могло поглотить без вреда для себя, при этом нагревался лишь крохотный кусочек кожи.

Горячие молекулы в космосе подобны искрам в мастерской моего отца – они могут быть горячими или холодными, но они в любом случае такие маленькие, что прикосновение к ним не особенно изменит температуру вашего тела[37]. Ваше нагревание и остывание связано с тем, сколько тепла вы производите и как быстро оно уходит в вакуум.

В отсутствие окружающего воздуха, который отражал бы назад излучаемое вами тепло, вы будете терять это тепло куда быстрее, чем обычно. С другой стороны, в отсутствие воздуха, который оттягивал бы тепло с поверхности тела, вы будет терять не так много тепла за счет конвекции. Для большинства космических кораблей с людьми на борту последнее обстоятельство имеет большее значение. Самая сложная задача не в том, чтобы сохранить тепло, а в том, чтобы не слишком сильно разогреться.

Атомная подводная лодка, очевидно, способна поддерживать внутри корпуса температуру, пригодную для жизни, даже когда внешний корпус охлаждается в океане до 4 °C. Однако если корпус должен поддерживать ту же температуру, находясь в открытом космосе, задача усложняется: в тени Земли подлодка будет терять тепло со скоростью примерно в 6 мегаватт. Это больше, чем 20 киловатт, которые отдает команда, и даже больше, чем несколько сотен киловатт тепла, которая субмарина будет получать, выйдя из тени и оказавшись на прямом свету Солнца, так что подводникам придется запустить реактор, чтобы сохранить тепло[38].

Чтобы спуститься с орбиты, субмарине нужно будет замедлиться настолько, чтобы столкнуться с атмосферой. Без ракет (ракетных двигателей) у нее нет возможности это сделать.

Хорошо-хорошо – строго говоря, на подводной лодке есть ракеты.

К сожалению, ракеты в пусковых шахтах лодки направлены таким образом, что не смогут подтолкнуть лодку. Ракета – реактивный снаряд, то есть у нее очень маленькая отдача. Когда ружье выбрасывает пулю, оно подталкивает пулю, разгоняя ее до нужной скорости. С ракетой не так – в ней просто поджигают топливо, и она летит. Выпущенные ракеты не смогут свести субмарину с орбиты.

А вот незапущенные могли бы.

Если баллистические ракеты современной атомной подлодки вытащить из пусковых шахт, перевернуть и снова установить в шахтах соплами вверх, каждая из них вполне могла бы изменить скорость субмарины на 4 метра в секунду.

Типичный маневр для схождения с орбиты требует примерно 100 м/с ΔV (изменения скорости), а значит, 24 ракет класса «Трайдент», установленных на подлодке класса «Огайо», может как раз хватить, чтобы свести ее с орбиты.

И тогда, поскольку у подлодки нет абляционной теплозащиты и она аэродинамически неустойчива на сверхзвуковых скоростях, она неизбежно развалится в воздухе.

Если бы вы забились в правильный уголок субмарины и были пристегнуты к креслу, рассчитанному на ускорение, есть крохотный, крохотный, крохотный шанс, что вы пережили бы стремительный спуск. Но тогда вам пришлось бы выпрыгнуть с парашютом до того, как обломки вместе с вами обрушатся на землю.

Если вы как-нибудь попытаетесь это сделать (хотя я вам не рекомендую), у меня есть один невероятно полезный совет.