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.

---

Ускорение свободного падения на поверхности планеты кротов составит примерно 1/16 от земного, приблизительно как на поверхности Плутона. Планета сначала была бы слегка теплой – температура, вероятно, чуть выше комнатной, а затем гравитационное сжатие нагреет внутреннее пространство на несколько градусов.

И тут произойдет нечто весьма странное.

Планета кротов будет представлять собой гигантскую сферу из мяса. У нее много латентной энергии (в кротовой планете будет достаточно калорий, чтобы обеспечить нынешнее население Земли энергией на 30 миллиардов лет вперед). Обычно, когда органика разлагается, она выделяет большую часть этой энергии в виде тепла. Но в глубине планеты давление будет выше 100 мегапаскалей, и этого достаточно, чтобы уничтожить все бактерии и стерилизовать таким образом останки кротов, просто не останется микроорганизмов, которые могли бы разлагать ткани.

Ближе к поверхности, где давление будет ниже, разложению будет препятствовать почти полное отсутствие кислорода. Без кислорода обычное разложение невозможно, и единственные бактерии, которые смогут обеспечить этот процесс, анаэробные, то есть те, которым кислород не требуется. Анаэробное разложение не очень эффективно, но выделяет довольно много тепла. Если этому процессу ничто не будет препятствовать, он сможет раскалить планету до температуры кипения.

Но разложение вскоре начнет контролировать себя само. Мало какие бактерии могут выжить при температурах выше 60 °C, так что, когда температура повысится, бактерии начнут умирать и разложение замедлится. По всей планете трупики кротов будут постепенно превращаться в кероген, органический материал, который в конце концов, будь планета еще горячее, стал бы нефтью.

Внешняя поверхность планеты будет излучать тепло в космос, остынет и заледенеет. Поскольку кроты в буквальном смысле образуют вокруг планеты меховое манто, то, когда замерзнет верхний слой, он изолирует внутреннюю часть планеты и замедлит потерю тепла. Однако потоками тепла в жидком ядре в основном будет управлять конвекция. Потоки горячего мяса и пузыри газов наподобие метана, а также воздух из легких скончавшихся кротов станут периодически пробиваться сквозь замерзшую кору кротовой планеты. В результате возникнут вулканические выбросы, настоящие гейзеры смерти, извергающие в пространство тела кротов, из которых состоит наша планета.

После нескольких веков или тысячелетий кротовая планета успокоится и охладится в достаточной степени, чтобы промерзнуть насквозь. Внутреннее ядро окажется под таким давлением, что вода в нем кристаллизируется в экзотические формы льда, такие как лед III и лед V, а в конце концов лед II и лед IX[24].

Как ни крути, получается довольно печальная картинка. К счастью, возможен и другой вариант развития событий.

Я не знаю, каков размер всемирной популяции кротов (или в принципе объем биомассы мелких млекопитающих), но наугад прикинем, что на каждого человека на Земле приходится хотя бы пара десятков мышей, крыс, полевок и прочих мелких зверьков.

С другой стороны, в нашей галактике должны быть миллиарды планет, пригодных для обитания. При их колонизации мы бы точно завезли с собой мышей и крыс. Если бы даже одна планета из сотни была заселена мелкими грызунами в количестве, сопоставимым с земным, то спустя несколько миллионов лет совсем недолго по меркам эволюции общее количество когда-либо живших грызунов превысило бы число молекул в моле.

В общем, хотите развести моль кротов – постройте себе космический корабль…

Фен в ящике

ВОПРОС: А что, если засунуть постоянно работающий фен в воздухонепроницаемый ящик размером метр на метр на метр?

– Dry Paratroopa

ОТВЕТ: Обычный фен потребляет 1875 Вт энергии.

Все эти 1875 Вт должны быть на что-то потрачены. Что бы ни происходило в ящике, но если внутри него потребляется 1875 Вт электроэнергии, то в конце концов они должны преобразоваться в 1875 Вт тепловой энергии.

Полезно иметь в виду, что это касается любого устройства, потребляющего энергию. Люди беспокоятся, оставив дома в розетке какое-нибудь зарядное устройство: не потребляет ли оно энергию? На этот вопрос легко ответить, потрогав прибор, включенный в сеть: если зарядка не теплая на ощупь, значит, она потребляет электричества меньше, чем на пенни в день. Маленькая зарядка для телефона, если она холодная на ощупь, потребляет меньше, чем на пенни в год. Это верно почти для любого электрического устройства[25].

Но вернемся к нашему ящику.

Тепло пойдет от фена в ящик. Допустим, что наш фен нельзя сломать, уничтожить или разрушить. Тогда ящик будет разогреваться изнутри до тех пор, пока его наружная поверхность не достигнет температуры примерно 60 °C. При этой температуре ящик будет излучать тепло с той же скоростью, с которой фен его выделяет, и система будет находиться в равновесии.

Он теплее моих родителей! Теперь он – мои новые родители.

Температура, при которой будет достигнуто равновесие, может быть чуть меньше, если на ящик веет ветерок или если ящик стоит на влажной или металлической поверхности, которая хорошо отводит тепло.

Если ящик сделан из металла, он будет достаточно горячим, чтобы обжечь вашу руку, если вы положите ее на ящик дольше, чем на пять секунд. Если у нас деревянный ящик, то в течение некоторого времени на нем можно будет держать руку, но есть опасность, что те его части, которые соприкасаются с феном, рано или поздно вспыхнут.

Внутри ящик будет похож на духовку. Температура, которой он достигнет, зависит от толщины стенок: чем более толстые стенки у ящика и чем хуже они проводят тепло, тем выше будет температура. Понадобятся не слишком толстые стенки, чтобы создать температуру, при которой фен сгорит.

Но предположим еще раз, что наш вообще не поддается разрушению. И если уж у нас есть такая классная штука, как неразрушимый фен, было бы просто глупо ограничивать его мощность жалкими 1875 Вт.

Если наш фен будет потреблять (и излучать) в десять раз больше – 18 750 Вт, то температура поверхности ящика превысит 200 °C (это как сковородка на слабом огне).

Интересно, насколько нам хватит шкалы на переключателе.

Пока что на шкале пугающе много места.

Теперь поверхность ящика раскалилась до 600 °C – достаточно, чтобы она начала светиться красным.

Если наш ящик сделан из алюминия, ящик начнет плавиться внутри. Если из свинца, то он начнет плавиться и снаружи. Если он из дерева, то пожар вам обеспечен. Но совершенно неважно, что происходит вокруг фена, – сам-то он у нас не поддается разрушению.

Двухмегаваттного лазера достаточно, чтобы уничтожить летящую ракету.

При температуре 1300 °C ящик станет примерно таким же горячим, как жидкая лава.

Добавим-ка еще.

Фен, возможно, не предназначался для этого…

Теперь в ящик течет 18 мегаватт энергии.

Поверхность ящика достигла температуры 2400 °C. Будь он сделан из стали, она бы уже расплавилась. Если же наш ящик изготовлен из чего-то вроде вольфрама, то он сможет протянуть чуть дольше.

Еще чуть-чуть, и придется остановиться.

Мощности 187 мегаватт достаточно, чтобы ящик раскалился добела. Немногие материалы могут уцелеть в подобных условиях, так что придется предположить, что наш ящик тоже не поддается разрушению.

Пол превратился в лаву.

К сожалению, про пол этого не скажешь.

Предположим, что прежде чем ящик прожег пол насквозь, кто-то бросит рядом с ним воздушный шарик, наполненный водой. Струя пара немедленно вышвырнет ящик через входную дверь на улицу[26].

Так, теперь у нас тут 1875 гигаватт (я соврал, сказав, что мы остановимся). Если верить фильму «Назад в будущее», сейчас у фена достаточно мощности, чтобы он смог путешествовать во времени.

Ящик светится ослепительно ярко, и подойти к нему ближе, чем на несколько сотен метров, нельзя из-за сильного жара. Вокруг разрастается озеро лавы. Все, что находится в радиусе 50–100 метров, вспыхивает. Столб жара и дыма поднимается в воздух. Периодические взрывы газа под ящиком подбрасывают его в воздух, и там, где он приземляется, начинаются новые пожары и возникают новые озера лавы.

Но мы продолжаем поворачивать переключатель.