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

В первые микросекунды ничего не происходит. В таком временном промежутке даже молекулы воздуха практически неподвижны.

По большей части молекулы мечутся туда и сюда со скоростью несколько сотен метров в секунду. Но в любой момент времени одни из них движутся быстрее других. Самые быстрые движутся со скоростью свыше 1000 м/с. Это и будут первые молекулы, которые устремятся в вакуум в правом стакане.

Вакуум в стакане слева изолирован от воздуха, так что частицам воздуха будет непросто туда попасть. Вода, будучи жидкостью, не расширяется при увеличении объема сосуда и не сможет заполнить вакуум так же, как это делает воздух. Однако в вакууме стакана она начинает кипеть, медленно заполняя паром пустое пространство.

В то время как вода на поверхности обоих стаканов начнет мед ленно выкипать, в правом стакане воздух, устремляющийся внутрь, остановит этот процесс, прежде чем тот толком начнется. Вакуум же в стакане слева продолжит медленно заполняться туманом из водяного пара.

Спустя несколько сотен миллисекунд воздух, устремляющийся в стакан справа, окончательно заполняет вакуум и ударяется в поверхность воды, посылая ударную волну сквозь толщу жидкость. Стенки стакана слегка поддаются, но выдерживают давление и не разбиваются. Волна отражается от стенок и дна стакана и возвращается обратно в воздух, где становится частью уже имеющейся турбулентности.

Ударная волна, возникшая в результате «схлопывания» вакуума, за одну миллисекунду достигает двух других стаканов. Стакан и вода слегка деформируются, когда волна проходит через них. Через несколько миллисекунд волна достигает наших ушей и мы слышим громкий хлопок.

Примерно в это время левый стакан явно начинает подниматься в воздух.

Давление воздуха пытается сплющить стакан вместе с водой. Это явление мы называем всасывающей силой. Вакуум в стакане справа не просуществовал достаточно долго, чтобы приподнять стакан, но в левом стакане воздух не может заполнить вакуум, то левый стакан и вода в нем начинают скользить навстречу друг другу.

Кипящая вода заполнила вакуум очень небольшим количеством водяного пара. Когда пространство становится меньше, собравшийся пар оказывается все большее давление на поверхность воды. В конце концов это замедлит кипение (так же, как это происходит при повышенном атмосферном давлении).

Тем не менее левый стакан и вода теперь перемещаются слишком быстро, чтобы скопившийся пар мог как-то повлиять на этот процесс. Менее чем через десять миллисекунд после того, как пошел отсчет, они устремляются друг к другу со скоростью несколько метров в секунду. Без воздушной прослойки между ними – лишь тонкое облачко пара – вода врезается в дно стакана, как молот.

Воду практически нельзя сжать, так что удар будет очень коротким и сильным. Сила воздействия на стекло огромна, и оно разлетается вдребезги.

Этот эффект «водяного молота» или гидравлического удара (он же отвечает за звук, который иногда слышно, когда выключаешь кран в доме со старыми водопроводными трубами) можно увидеть и во время демонстрации хорошо известного фокуса: по горлышку стеклянной бутылки с водой с силой бьют – и у бутылки вылетает дно.

Когда по бутылке ударяют, ее резко толкают вниз. Жидкость в бутылке не может мгновенно отреагировать на всасывание (давление воздуха) – примерно так же, как в нашем сценарии, – и между жидкостью и дном бутылки на короткое время возникает зазор, вакуум толщиной в ничтожную долю дюйма. Когда вода снова заполняет этот вакуум, возникшая ударная волна вышибает дно бутылки.

Действующих в нашем случае сил будет более чем достаточно, чтобы расколотить даже самый толстый барный стакан.

Дно стакана под давлением воды выпадает и разбивается о стол. Вода разбрызгивается вокруг, капли и осколки стекла разлетаются во все стороны.

Тем временем отделившаяся верхняя часть стакана продолжает подниматься вверх.

Спустя полсекунды присутствующие вздрагивают от громкого хлопка и непроизвольно задирают головы, чтобы посмотреть, что будет дальше.

У стакана как раз достаточно скорости, чтобы врезаться в потолок и разлететься на осколки… которые, поскольку импульс теперь погашен, падают обратно на стол.

Урок из всего этого таков – пока оптимист уверяет, что стакан наполовину полон, а пессимист ворчит, что он наполовину пуст, физик ищет надежное укрытие.

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

ВОПРОС: Всемирное потепление угрожает повышением средней температуры, а извержение супервулкана может ее понизить. Эти две опасности могут нейтрализовать одна другую?

ВОПРОС: А что, если наткнуться на бегу на проволоку, которой режут сыр? Как быстро нужно бежать, чтобы вас разрезало пополам?

Инопланетные астрономы

ВОПРОС: А что, если на ближайшей пригодной к обитанию планете действительно есть жизнь? Допустим, у этой цивилизации есть примерно такие же технологии, что и у нас. Если они сейчас посмотрят на нашу звезду, что они увидят?

ОТВЕТ:

Теперь давайте попробуем дать более развернутый ответ. Прежде всего…

Фильм «Контакт» сделал популярной идею о том, что инопланетяне слушают наши радиопередачи. К сожалению, вероятность этого весьма невелика. Проблема вот в чем: космос очень большой.

Можно углубиться в физику межзвездных радиоволн[64], но к проблеме можно подойти и с точки зрения экономики: если ваш телевизионный может достигнуть другой звезды, вы тратите деньги впустую. Обслуживание передатчика стоит дорого, и существа на других планетах не покупают продукты из рекламных роликов, благодаря которым оплачивается содержание радиостанции.

Детальная картина чуть сложнее, но в целом можно сказать, что чем более совершенными становятся наши технологии, тем меньше радиопередач «утекает» в космос. Мы отказываемся от гигантских антенн и переходим на кабель, оптоволокно и сотовые сети с очень четко очерченной зоной покрытия[65].

Когда-то сигналы нашего телевидения можно было (хоть и с большим трудом) отследить из космоса, но сейчас эта возможность исчезает. Даже в конце XX века, когда наши теле– и радиопередачи, можно сказать, кричали в бездну во весь голос, этот сигнал на расстоянии всего нескольких световых лет слабел до уровня, на котором его невозможно было бы обнаружить. Потенциально обитаемые экзопланеты, которые мы обнаружили к настоящему моменту, находятся на расстоянии десятков световых лет, так что шансы, что там сейчас повторяют наши тогдашние шутки, не слишком велики.

Но теле– и радиопередачи не были самыми сильными земными радиосигналами. Их вполне могло заглушить излучение радиолокационных станций дальнего обнаружения.

Система дальнего обнаружения, это порождение холодной войны, состояла из нескольких наземных и воздушных станций, разбросанных по Арктике. Эти станции 24 часа в сутки сканировали атмосферу мощными лучами, и их операторы тревожно вглядывались в экраны, ища в приходящем эхе любые намеки на перемещение врага[66].

Мощное излучение этих радаров уходило и в космос, и этот сигнал вполне могли бы перехватить ближайшие экзопланеты, слушай они нас в тот момент, когда луч проходил по их участку неба. Однако те же технологиии, которые делают ненужными телевышки, влияют и на радиолокационные станции. Аналогичные современные системы – там, где они еще существуют, – гораздо менее масштабны тише и могут в конце концов могут быть полностью заменены новыми технологиями.

Самый мощный радиосигнал, который испускает Земля – это луч радиотелескопа обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико. Эта огромная тарелка может функционировать как радарный передатчик: она «освещает» радиоволнами окрестные небесные тела вроде планеты Меркурий или объектов пояса астероидов и получает от них ответные сигналы. По сути дела, это радиофонарик, которым мы освещаем планеты, чтобы лучше их видеть (да, это именно так безумно, как звучит).

Однако телескоп Аресибо передает сигнал только время от времени, и у него узкий луч. Если бы экзопланета оказалась в зоне действия луча Аресибо, а инопланетяне как раз в этот момент нацелили бы в нашу сторону свою принимающую антенну, то все, что они услышали бы, – короткий импульс радиосигнала, а затем тишина[67].