Обычно оптимисты видят стакан наполовину полным, когда пессимисты видят его наполовину пустым. Это породило кучу шуток, например: инженер видит стакан размером в два раза больше, чем нужно; сюрреалист видит жирафа, поедающего галстук и т. д.
Но что, если пустая половина будет действительно пустой — вакуумом. (Хотя даже вакуум не пуст по-настоящему, но это вопрос к квантовой физике.)
Вакуум определённо не продержится долго. Но что именно будет происходить, зависит от ответа на вопрос, которым обычно никто не задается: «Какая половина пуста?»
Представим три разных полупустых стакана и проследим микросекунда за микросекундой, что будет с ними происходить.
Три полупустых стакана с водой.
Посередине традиционный стакан с воздухом и водой. Справа стакан подобный обычному, только вместо воздуха — вакуум. Стакан слева наполовину полон водой и наполовину пуст, но пуста нижняя часть.
Три полупустых стакана с водой. Время t=0.
За первые несколько наносекунд ничего не произойдёт. За это время даже молекулы почти не сдвинутся.
Время t=50 нс.
Молекулы воздуха колеблются на скорости в пару сотен метров в секунду. Быстрейшие двигаются со скоростью около 1000 метров в секунду. Они первыми проникнут в вакуум в стакане справа.
Вакуум в стакане слева окружён барьерами, так что молекулы воздуха не смогут быстро пробраться внутрь. Вода в жидком состоянии не стремится занять доступный объём, как это делает воздух. Тем не менее из-за вакуума в стакане вода начинает закипать, и водяной пар медленно начинает проникать в пустое пространство.
Время t=150 нс.
Пока поверхность воды в обоих стаканах начинает закипать, в стакане справа воздух прорывается внутрь. Стакан слева продолжает заполняться небольшими капельками воды.
Время t=400 нс.
Через пару микросекунд в стакане справа воздух, прорывающийся внутрь, полностью заполнит вакуум и создаст в жидкости ударную волну. Стенки стакана начнут слегка вибрировать, но они достаточно прочные и не разобьются, выдержав вибрации. Ударная волна отразится от воды и пойдёт обратно вверх, внося свой вклад в возникшие там потоки турбулентности.
Время t=1 мс.
Действие ударной волны от вакуумного коллапса будет продолжаться около миллисекунды. Ещё через пару миллисекунд волна достигнет человеческого уха, и мы услышим громкий хлопок.
Время t=2 мс.
В это же время стакан с вакуумом начинает заметно приподниматься в воздух.
Атмосферное давление давит и на стакан и на воду одинаково. Это та сила, которую мы считаем силой всасывания. Вакуум справа не держится долго, так что эффекта всасывания недостаточно, чтобы поднять стакан, но поскольку воздух не может проникнуть в вакуум в левом стакане, вода и стакан начинают наползать навстречу друг к другу.
Время t=5 мс.
Кипящая вода заполняет вакуум очень небольшим количеством водяного пара. Вакуумного пространства становится всё меньше, увеличившийся в количестве водяной пар медленно усиливает давление на поверхности воды. В конце концов это остановит процесс кипения, точно также, как это сделает более высокое атмосферное давление.
Время t=8 мс.
Стакан и вода сейчас двигаются слишком быстро для образования пара. Менее чем через 10 миллисекунд после начала отсчёта, они летят навстречу друг друга со скоростью в пару метров в секунду. Без воздушной амортизации между ними — ведь там только пара капелек водяного пара — вода ударяется в дно стакана как молот.
Время t=10 мс.
Вода действительно плохо сжимается, так что после столкновения она не выплеснется наружу, а создаст ударную волну. Сила удара будет такой большой, что стакан разорвёт.
Подобный гидравлический удар (той же природы, что и глухой стук, который можно услышать в старом водопроводе при закрытии крана).
Когда бьют по бутылке, она очень быстро опускается. Жидкость внутри не реагирует на возросшее давление моментально, точно как в нашем случае, и возникает разрыв между водой и дном. Это очень тонкий разрыв в долю дюйма, но когда он схлопывается, удар выбивает донышко бутылки.
В нашем случае эти силы будут достаточно велики, чтобы разбить даже самые прочные стаканы.
Время t=20 мс.
Донышко улетает вниз вместе с водой и разбивается об стол. Вода расплёскивается вокруг, а во все стороны разлетаются кусочки стекла. А оторвавшаяся верхняя часть продолжает подниматься.
Время t=500 мс. Панорама стола с оптимистом, думающим: «Клёво!», и пессимистом, думающим: «О нет!»
Через полсекунды от начала отсчёта наблюдатели, услышав резкий хлопок, вздрагивают. Их головы непроизвольно следуют за взлетающим стаканом.
Время t=1 с, третий стакан разбился на мелкие кусочки.
Стакан набирает достаточную скорость, чтобы разбиться о потолок на мелкие кусочки…
Время t=1,5 с, третий стакан теперь представляет собой кучу осколков падающих сверху.
…которые теперь возвращаются на стол.
Время t=10 с, осколки третьего стакана впились в лицо оптимиста («Бесплатное стекло!») и пессимиста («Аааааа!»).
Вывод: если оптимист говорит, что стакан наполовину полон, а пессимист, что стакан наполовину пуст, — физик прячется под стол.
Обычно оптимисты видят стакан наполовину полным, когда пессимисты видят его наполовину пустым. Это породило кучу шуток, например: инженер видит стакан размером в два раза больше, чем нужно; сюрреалист видит жирафа, поедающего галстук и т. д.
Но что, если пустая половина будет действительно пустой — вакуумом. (Хотя даже вакуум не пуст по-настоящему, но это вопрос к квантовой физике.)
Вакуум определённо не продержится долго. Но что именно будет происходить, зависит от ответа на вопрос, которым обычно никто не задается: «Какая половина пуста?»
Представим три разных полупустых стакана и проследим микросекунда за микросекундой, что будет с ними происходить.
Три полупустых стакана с водой.
Посередине традиционный стакан с воздухом и водой. Справа стакан подобный обычному, только вместо воздуха — вакуум. Стакан слева наполовину полон водой и наполовину пуст, но пуста нижняя часть.
Три полупустых стакана с водой. Время t=0.
За первые несколько наносекунд ничего не произойдёт. За это время даже молекулы почти не сдвинутся.
Время t=50 нс.
Молекулы воздуха колеблются на скорости в пару сотен метров в секунду. Быстрейшие двигаются со скоростью около 1000 метров в секунду. Они первыми проникнут в вакуум в стакане справа.
Вакуум в стакане слева окружён барьерами, так что молекулы воздуха не смогут быстро пробраться внутрь. Вода в жидком состоянии не стремится занять доступный объём, как это делает воздух. Тем не менее из-за вакуума в стакане вода начинает закипать, и водяной пар медленно начинает проникать в пустое пространство.
Время t=150 нс.
Пока поверхность воды в обоих стаканах начинает закипать, в стакане справа воздух прорывается внутрь. Стакан слева продолжает заполняться небольшими капельками воды.
Время t=400 нс.
Через пару микросекунд в стакане справа воздух, прорывающийся внутрь, полностью заполнит вакуум и создаст в жидкости ударную волну. Стенки стакана начнут слегка вибрировать, но они достаточно прочные и не разобьются, выдержав вибрации. Ударная волна отразится от воды и пойдёт обратно вверх, внося свой вклад в возникшие там потоки турбулентности.
Время t=1 мс.
Действие ударной волны от вакуумного коллапса будет продолжаться около миллисекунды. Ещё через пару миллисекунд волна достигнет человеческого уха, и мы услышим громкий хлопок.
Время t=2 мс.
В это же время стакан с вакуумом начинает заметно приподниматься в воздух.
Атмосферное давление давит и на стакан и на воду одинаково. Это та сила, которую мы считаем силой всасывания. Вакуум справа не держится долго, так что эффекта всасывания недостаточно, чтобы поднять стакан, но поскольку воздух не может проникнуть в вакуум в левом стакане, вода и стакан начинают наползать навстречу друг к другу.
Время t=5 мс.
Кипящая вода заполняет вакуум очень небольшим количеством водяного пара. Вакуумного пространства становится всё меньше, увеличившийся в количестве водяной пар медленно усиливает давление на поверхности воды. В конце концов это остановит процесс кипения, точно также, как это сделает более высокое атмосферное давление.
Время t=8 мс.
Стакан и вода сейчас двигаются слишком быстро для образования пара. Менее чем через 10 миллисекунд после начала отсчёта, они летят навстречу друг друга со скоростью в пару метров в секунду. Без воздушной амортизации между ними — ведь там только пара капелек водяного пара — вода ударяется в дно стакана как молот.
Время t=10 мс.
Вода действительно плохо сжимается, так что после столкновения она не выплеснется наружу, а создаст ударную волну. Сила удара будет такой большой, что стакан разорвёт.
Подобный гидравлический удар (той же природы, что и глухой стук, который можно услышать в старом водопроводе при закрытии крана).
Когда бьют по бутылке, она очень быстро опускается. Жидкость внутри не реагирует на возросшее давление моментально, точно как в нашем случае, и возникает разрыв между водой и дном. Это очень тонкий разрыв в долю дюйма, но когда он схлопывается, удар выбивает донышко бутылки.
В нашем случае эти силы будут достаточно велики, чтобы разбить даже самые прочные стаканы.
Время t=20 мс.
Донышко улетает вниз вместе с водой и разбивается об стол. Вода расплёскивается вокруг, а во все стороны разлетаются кусочки стекла. А оторвавшаяся верхняя часть продолжает подниматься.
Время t=500 мс. Панорама стола с оптимистом, думающим: «Клёво!», и пессимистом, думающим: «О нет!»
Через полсекунды от начала отсчёта наблюдатели, услышав резкий хлопок, вздрагивают. Их головы непроизвольно следуют за взлетающим стаканом.
Время t=1 с, третий стакан разбился на мелкие кусочки.
Стакан набирает достаточную скорость, чтобы разбиться о потолок на мелкие кусочки…
Время t=1,5 с, третий стакан теперь представляет собой кучу осколков падающих сверху.
…которые теперь возвращаются на стол.
Время t=10 с, осколки третьего стакана впились в лицо оптимиста («Бесплатное стекло!») и пессимиста («Аааааа!»).
Вывод: если оптимист говорит, что стакан наполовину полон, а пессимист, что стакан наполовину пуст, — физик прячется под стол.
С просторов интернета