«Тёмная материя» – это гипотеза. Давайте разберёмся, почему она возникла, зачем понадобилась и в чём её суть.
Все без исключения небесные тела, входящие в Солнечную систему, вращаются вокруг Солнца. При этом выполняются три закона орбитального движения, открытые ещё в 17-м веке немецким астрономом Иоганном Кеплером.
Иоганн Кепплер (1571–1630)
Согласно третьему закону Кеплера скорость движения планеты по орбите зависит от расстояния. Чем дальше от Солнца расположена планета, тем медленнее её скорость, тем длиннее период её обращения вокруг Солнца.
Например, Меркурий совершает полный оборот всего за два с половиной земных месяца. А вот Юпитер – за 12 земных лет. На последней из крупных планет нашей системы, Нептуне, один планетарный год длится 164 земных года!
Долгое время астрономы считали само собой разумеющимся тот факт, что все небесные тела должны подчиняться законам Кеплера точно так же, как планеты нашей Солнечной системы. Однако в 20-м веке было сделано удивительное открытие!
Не может быть...
Наша галактика – Млечный Путь – содержит больше 200 миллиардов звёзд. Все они (включая наше Солнце) вращаются вокруг так называемого галактического центра, который расположен в созвездии Стрельца. Один галактический «год», то есть полный оборот вокруг центра галактики, для Солнца составляет около 250 миллионов лет.
Согласно законам Кеплера следовало бы предположить, что звёзды, которые расположены ближе к центру галактики, должны вращаться вокруг него быстрее, а звёзды, расположенные дальше, чем Солнце, – медленнее, правильно? Однако обнаружилось, что это совсем не так! Скорость вращения звёзд в зависимости от близости к центру галактики не изменяется!
Со стороны это выглядело так, как будто звёзды вращаются не в пустом космическом пространстве, а как бы «склеены» между собой эластичными нитями из невидимого вещества!
Спасите Кеплера!
Физики и астрономы оказались в крайне сложной ситуации – с одной стороны, усомниться в справедливости законов Кеплера нельзя, поскольку тогда нам придётся отказаться и от закона всемирного тяготения Ньютона. С другой стороны, наблюдаемые факты упрямо говорят о том, что движение звёзд вокруг центра галактики законам Кеплера не подчиняется.
Законы Кеплера – и, главное, закон всемирного тяготения! – надо было срочно спасать. Тогда-то и было принято решение – ввести некую гипотетическую, то есть воображаемую, форму материи, которая и служит тем самым «клеем», соединяющим звёзды галактики в единую массу. Эту материю назвали «тёмной».
Почему тёмная?
Можно подумать, что тёмная материя имеет чёрный цвет. Это не так. Самое главное свойство тёмной материи – она обладает массой, но при этом совершенно никак не реагирует на электромагнитное излучение (например, на свет, радиоволны или рентгеновские лучи). Это означает, что тёмная материя прозрачна, то есть невидима абсолютно!
Например, мы не видим радиоволн глазами, но мы можем сконструировать радиопередатчик и радиоприёмник, с помощью которых можно убедиться в существовании радиоволн. Для тёмной материи такое невозможно – она невидима в любых лучах электромагнитного спектра.
Удивительные свойства тёмной материи
Кроме того, она не может взаимодействовать с молекулами нашего мира посредством электрических связей, поэтому тёмная материя ещё и «неосязаема». Но, что самое удивительное, математические расчёты показали, что в нашей Вселенной тёмной материи должно быть существенно – в пять раз! – больше, чем обычного вещества!
Поскольку тёмная материя обладает массой, то, как и обычная материя, должна концентрироваться ближе к центру галактики, образовать там «сгусток». Но расчёты показали совершенно иное: тёмная материя, в отличие от обычной, концентрируется не в центре галактики, а напротив, «по краям».
Если так, то какое-то её количество должно быть в пределах нашей Солнечной системы. Однако наблюдения и расчёты показали, что в нашей системе и её ближайших окрестностях тёмной материи почему-то или нет совсем, или ничтожно мало...
А может, её и нет?
Свойства тёмной материи настолько необычны, что многие исследователи до сих пор сомневаются, существует ли она на самом деле. Многочисленные косвенные признаки говорят в пользу её существования, однако прямых доказательств учёные до сих пор так и не получили.
В физике подобное уже было, и не раз. Когда-то учёные считали, что тепло – это невидимая и неосязаемая (ничего не напоминает?) жидкость, которая называется «теплород». А ещё 99% учёных были убеждены в существовании «мирового эфира» – гипотетической субстанции, необходимой для передачи света и других электромагнитных волн, но в начале 20-го века были созданы новые физические теории, которые позволили отказаться от идеи «мирового эфира» и отбросить её как устаревшие.
Произойдёт ли подобное с тёмной материей? Вероятно, в один прекрасный день мы получим ответ на этот важный вопрос.
Прошу прощения, что опять из-под анонима. Я - автор того поста, на который вы отвечаете.
Принципиально ложное представление. Никого США не переманивает.
Более того, все действия правительства США направлены как раз наоборот - на ограничение притока иностранной рабочей силы.
Профессор Пипеткин из России проходит тот-же конкурс на должность, как и гражданин США. И зарплату Пипеткину будут платить точно такую, как и гражданину США. В результате у университета нет никакой выгоды приглашать иностранца. Это только дополнительный геморой с оформлением визы.
Однако если иностранный профессор крут и нет достойного американцеа на эту должность, то да, тут университет вынужден заморачиваться.
С часными компаниями еще хуже, там в допление к этому есть квоты на количество иностранных рабочих, которые еще надо заполучить.
Кто хоть раз пытался получить рабочую визу прекрасно об этом знает.
Профессуру в Америке "разбирают щенками". Берут аспирантов и постдоков. Кто поактивнее и поуспешнее, найдет позицию доцента или уйдет "в индустрию". Кто не очень расторопен, поработает несколько лет и вернется на родину, а может так и останется вечным постдоком, если правила допускают.
Обратите внимание: постдоков в США гораздо меньше, чем профессоров. Только в исследовательских университетах конкурс на профессора очень большой. А в занюханные вузы, где профессора только лекции недорослям читают, человека со стороны особо и не возьмут, судя по опыту пары моих коллег. Крутые постдоки пробьют себе дорогу в хороших исследовательских вузах, середнячки-иностранцы не пробьют нигде: в большинстве университетов их научные навыки избыточны, а сравнительно слабый язык, необходимость визы, отсутствие блата, недостаточное знакомство с местными реалиями ставят их в очень невыгодное положение.
Теперь про переманивание. Когда я работал постдоком, мне платили 36 тысяч долларов в год. Для молодого ученого в России, Китая, Индии это были хорошие деньги. Я ехал в Америку, уверенный, что смогу снять хороший дом, купить машину и кормить уже немаленькую семью. В принципе это было возможно: дом в самом криминальном районе в часе езды от работы (кто ж знал, что в США на улицах неблагополучных кварталов реально грабят), десятилетнюю машину, если б мне визовый статус позволял получить права (в моем штате на тот момент это не разрешалось, не буду вникать в подробности), а еще я не учитывал, что страховка в США не была бесплатной.
Некоторых это все равно устраивало. Мой женатый 30-летний коллега-китаец снимал комнату в жилье, ориентированном на небогатых студентов, за $600 на двоих с соседом, не имел зубной страховки и ходил на работу пешком, экономя на автобусах. Через два года он вернулся в Китай к жене, скопив тысяч 50.
Теперь сравните. Я с золотой медалью физмат-школы, красным дипломом лучшего российского физического вуза, с пометкой "отлично" защитивший диссертацию по физике в еще одном престижном европейском университете, то есть имея около 10 лет прекрасного образования по специальности физика, получал в американской науке 36 тысяч $ в год. Сам платил (со скидкой) за страховку, не имел официального оплачиваемого отпуска (меня завлабы отпускал на две недели, моего знакомого в другой лабе не отпускали даже на длинные выходные). С визой J был на птичьих правах: не мог получить водительское удостоверение, не мог получать вычет за жену и детей, а если бы по любой причине потерял работу (например, уволили бы моего завлабы), должен был бы быстро покинуть страну. Через год виза истекла, и хотя я мог продолжать работать в США (DS-2019 мне продлили), при выезде за границу на конференцию или в отпуск я не мог бы вернуться на работу: при подаче на очередную визу проверка SAO длилась бы от месяца до трех, и меня бы просто уволили, не дождавшись.
В то же время меня звали на должность программиста в такое же государственное научное учреждение, с минимальными квалификационными требованиями, на вдвое большую зарплату. Но не получилось из-за бюрократии. И вместо этого я наугад подался в FAANG. Меня взяли на младшую позицию. Неопытному работнику с непрофильным образованием сразу платили в три раза больше. Плюс ежегодная премия, плюс премия за найм, плюс подъемные. Страховка за счет работодателя, оформление гринкарты, пенсионный план и прочие бенефиты.
Зарплата ученого-физика казалась привлекательной только по сравнению с российской (восточноевропейской, азиатской, африканской, латиноамериканской). Местные ребята на такую пойдут только от большого фанатизма.
Ваш упрек в целом справедлив, США действительно переманивают массу готовых специалистов.
Принципиально ложное представление. Никого США не переманивает.
Более того, все действия правительства США направлены как раз наоборот - на ограничение притока иностранной рабочей силы.
Профессор Пипеткин из России проходит тот-же конкурс на должность, как и гражданин США. И зарплату Пипеткину будут платить точно такую, как и гражданину США. В результате у университета нет никакой выгоды приглашать иностранца. Это только дополнительный геморой с оформлением визы.
Однако если иностранный профессор крут и нет достойного американцеа на эту должность, то да, тут университет вынужден заморачиваться.
С часными компаниями еще хуже, там в допление к этому есть квоты на количество иностранных рабочих, которые еще надо заполучить.
Кто хоть раз пытался получить рабочую визу прекрасно об этом знает.
Отвечу и на сам пост, и на некоторые комментарии. На примерах России и США, так как именно в этих двух странах я изнутри знаком и со школьным образованием, и с профессиональной работой физиков, и с олимпиадной системой.
Сперва на пост. Автор @FunnyStatisticзаголовком связал подготовку лучших физиков с успехами сборной страны на международной олимпиаде. Тут две проблемы:
1) Победители школьных олимпиад по физике не всегда идут в вуз учиться физике, а те, что поступают на физфаки, часто не становятся профессиональными физиками после окончания вуза. Они способны в физике, но у многих есть и другие интересы, а между олимпиадой и профессиональной деятельностью проходит почти десять лет: год-другой школы, 4-6 лет высшего образования, 3-5 лет аспирантуры.
Большинство участников сборной РФ по физике на международной олимпиаде в итоге как профессиональные физики не засветились. Про двоих известно только, что они поступили в МФТИ. Трое остальных закончили вузы и аспирантуры по физике (как раз через 8-10 лет после победы на олимпиаде) и стали программистами. Похожая картина в другие годы и с олимпиадниками из других стран. Талантливые школьники-физики обычно хороши и в математике, что позволяет им заниматься модными направлениями (анализ данных, машинное обучение, криптобиржи) за большие деньги.
Вторая сторона того же вопроса: далеко не все талантливые физики участвуют в олимпиаде. На финал едут пятеро отобранных "спортсменов", но наука не спорт. Сотни других старшеклассников могли бы показать достойный уровень и часть показала - другим способом. Был случай, когда американский вуз, знаменитый техническим образованием, не взял абитуриента - абсолютного победителя международной олипиады и круглого отличника, а вот быть соавтором научной публикации (даже если ясно, что вклад абитуриента вспомогательный и малонаучный) - ценный фактор при поступлении в ведущие вузы.
Так что число лучших олимпиадников не связано напрямую с числом лучших профессиональных физиков.
2) Фразу "в каких странах готовят" олимпиадников русский читатель автоматически понимает как то, что олимпиадников готовит страна. Будто есть какие-то школьные программы, наверное там есть отбор лучших, которым дают программу сильнее, лучших из них годами тренируют к олимпиадам... В общем, как в России:
физика у всех с 7 класса, в некоторых школах даже раньше, есть базовый и профильный уровни
есть физмат-школы, некоторые с очень жестким отбором собирают ребят со всей страны, устраивают ежегодный отсев и нацелены на олимпиады (Физтех-лицей в Долгопрудном, Президентский лицей в Питере)
в главных физмат-школах есть разные уровни обучения от подготовки сравнительно слабых учеников к ЕГЭ на отлично до подготовки самых сильных к серьезным олимпиадам вплоть до межнара. @AlexAlpha не даст соврать.
Но в США система отсутствует. Большинство кандидатов в американскую сборную не проходили физику в школе. Физика в США изучается меньшинством и в некоторых школах недоступна. Чаще всего физику проходят на рудиментарном уровне. Есть продвинутые курсы, чаще всего двухгодичные, но и они в подметки не годятся российским ФМШ. Самые продвинутые курсы, доступные не во всех городах, только по механике и электричеству.
Когда американец начинает изучать физику в школе, на олимпиады ходить уже поздно. К февралю он должен знать механику (отборочный тур олимпиады чисто по механике) на уровне, который изучают только в самом сложном курсе чисто по механике, обычно в 12 классе. А заключительный тур по всей общей физике уже в апреле, и желательно пройти бакалаврский курс, чаще всего олимпиадники с прицелом на победу учатся по этому двухтомнику. Из задачников однозначных фаворитов нет, но часто советуют Кротова и Иродова, особенно индийцы.
Оцените количество страниц в двухтомнике HRK и изучаемые в нем темы. Иродова - советский вузовский задачник родом из МИФИ, Кротов - компиляция московских физических олимпиад.
Все кандидаты в американскую сборную по физике учились самостоятельно, обычно с родителями, год за годом, начиная класса с 5-6.
Самых перспективных финалистов тренируют централизованно и отбирают из них пятерых человек на международную олимпиаду. Тренировка продолжается всего две недели.
Так что американских победителей международной олимпиады почти на 100% готовит не страна, а родители. Обычных белых американцев среди них почти не бывает, например в прошлом году от США были три китайца, русский и кореец.
Лучший физик это медалист на олимпиаде?? сколько медалей было у Энштейна? у Ландау? у Сахарова?
Как я выше написал, многие медалисты не становятся физиками, а большинство лучших физиков, конечно, не может стать медалистами просто потому, что на олимпиаду отбирают только пятерых и смотрят не совсем на те качества, что нужны великому физику.
Однако среди великих физиков были и олимпиадники. Например, Фейнман и Кеннет Вильсон побеждали в студенческой олимпиаде им. Патнемов по математике, Фейнман и в олимпиадах школьников, хотя в то время олимпиадное движение только зарождалось. Другие стали просто солидными учеными, широкой публике неизвестными, но в своих кругах уважаемыми, например Габсер, Волошин, Шахнович, Квирренбах, Маускопф. Некоторые засветились в других областях, например Туури создал InnoDB для MySQL и MariaDB, Спыноке тоже заметный специалист в информатике. Глезер - в биологии.
В общем, вы правы, что большинство крупных физиков не участвовали в серьезных олимпиадах, а большинство участников не стали крупными физиками, но эти множества все-таки имеют немалое пересечение.
Очень интересно сколько советских школьников ездило на международные олимпиады по физике?
Пятеро почти каждый год, как и из других стран, причем начали гораздо раньше. Международные олимпиады по физике (да и по другим предметам) - советское изобретение, их начали проводить в странах соцлагеря по образцу всесоюзных олимпиад. Так, США и Китай впервые участвовали в межнаре по физике в 1986, причем Китай отправил только 3 участников вместо разрешенных 5. Индия - в 1998, Япония - в 2006.
Побеждает всегда в первую очередь тот кто хочет победить. Т.е. как минимум знает об этих соревнованиях, и имеет стимул в них вкладываться. О подготовке лучших физиков эти результаты ничего сказать не могут.
Верно. Особенно это касается стран, где олимпиадное движение не развито: большинство учеников и даже учителей и не слышали о существовании олимпиад.
А точно "подготавливают лучших физиков", а не "задрачивают лицеистов университетским курсом"?
Вы правы только частично. Лицеистов задрачивают, но не университетским курсом, а очень усиленным школьным. По математике еще и множеством приемчиков, полезных преимущественно на математических олимпиадах высокого уровня и бесполезных как в школе и в быту, так и в науке. По физике, к счастью, до такого пока не дошли, и олимпиадная физика почти не выходит за рамки обычной школьной программы. Задачи, которые решают победители всероса, усердно готовившиеся в 239 лицее и в предолимпиадных лагерях, можно легко объяснить отличнику любой сельской школы.
А вот это вы тыкнули в кривую систему образовния во всём мире. На гениев она не расчитана от слова " совсем". Перельман вон недавно подтвердил. Годами джил на пенсию мамы.
Вы дважды неправы. Далеко не во всем мире система образования как-либо связана с олимпиадами, например в США не связана никак и даже препятствует (просто съездить на олимпиаду на несколько дней - уже создать себе проблемы в школе с риском провалить поступление в вуз). А конкретно Перельман как раз был суперолимпиадником, он взял золото с абсолютным результатом на ММО, причем учился не сам, а на специальных курсах подготовки для советских школьников.
умные прагматичные дяди посчитали что проще купить готового, предложив дом машину и приличный оклад. Тем и живы всё еще.
Очевидно, вы про США. Ваш упрек в целом справедлив, США действительно переманивают массу готовых специалистов. Но во-первых, в отличие от школьного, образование в ведущих американских вузах последние сто лет считается лучшим в мире. Школьное американцы тоже усердно пытаются улучшать уже лет 60, хотя успехи спорные. Во-вторых, американские олимпиадники в подавляющем большинстве с рождения или раннего детства живут в США. Их знания хоть и не благодаря американским школам (они обычно занимаются самостоятельно и нередко даже не ходят в школу), но и не благодаря каким-то заграничным школам.
Дорогой Лучик! Мы – Лёша и Ваня Путилины. У нас есть к тебе два вопроса: 1. Что такое гиперпространство, о котором говорится в «Звездных войнах»? 2. Возможно ли оттолкнуться от Земли за счёт её магнитного поля?
Лёша и Ваня, привет вам и спасибо за интересные вопросы! Вы совершенно правильно обратили внимание на то, что в фильмах, мультиках и комиксах про «Звёздные войны» космические корабли для путешествий используют так называемое «гиперпространство». Для прыжков через гиперпространство применяется гипердвигатель (а его, между прочим, далеко не на каждый космический корабль можно установить!), а для безопасных путешествий от одной звезды к другой используются специальные «гипертрассы», или «гиперпространственные маршруты».
Гиперпрыжок – даже через известную всем в галактике пилотам гипертрассу – требует очень тщательных предварительных расчётов. Например, капитан «Тысячелетного Сокола» Хан Соло говорит Люку Скайуокеру так:
«Лететь через гиперпространство – это тебе не на ферме урожай собирать, малыш! Без точных вычислений мы можем пролететь сквозь звезду или оказаться слишком близко от сверхновой, и на этом наша поездка закончится навсегда, ясно тебе?»
Откуда слово «гипер»?
Вообще говоря, писатели-фантасты и создатели фильмов во все времена очень любили учебники по математике. Уж больно много там крутых и загадочных слов («бифуркационная поверхность эллиптической омбилики» – ух!) – самое то, что нужно для того, чтобы сбить с толку и увлечь любознательного читателя. По-древнегречески приставка «гипер-» («ὑπέρ») означает «над, сверху, выше» – а в большом и взрослом учебнике математики мы можем встретить десятки самых разных терминов с этой приставкой. И «гиперповерхность», и «гиперплоскость», и «гиперсфера», и «гиперкуб» (см. рисунок) – и, конечно же, «гиперпространство». В общем, «украдено» слово из математики. Но что же оно означает?
Эту фигуру математики называют "гиперкуб". На самом деле увидеть ее целиком невозможно это только одна из возможных проекций
Если без формул, то «гиперпространство» означает некое многомерное «над-пространство», «супер-пространство», в котором наше с вами привычное пространство (влево-вправо, вверх-вниз, вперёд-назад) является только маленькой его частью.
Сперва это не умещается в голове: ведь наша Вселенная, наше пространство – оно же бесконечное? Как же бесконечность может быть «частью» чего-то другого? В реальном мире представить такое действительно трудно. На такие фокусы способна только математика – или же научная фантастика!
Складки и тоннели
В чём главный секрет гиперпространства? В том, что внутри него наше пространство – то, которое нам кажется идеально «ровным» и «прямолинейным» – может оказаться сильно искривлённым, свёрнутым в причудливые «складки». То, что нам кажется прямой линией с огромным расстоянием между точками А и В, в гиперпространстве может вдруг оказаться «свёрнутым» так, что расстояние и время путешествия оказываются короче в миллионы раз!
Простой опыт: как сократить расстояние между точками А и В на плоскости, то есть в двухмерном пространстве? Нужно "добавить" ещё одно измерение. Об этом мы подробно писали в одном из номеров "Лучика"
Вы знакомы с игрушкой «прозрачный лабиринт»? В ней нужно прогнать маленький шарик из одного угла стеклянного кубика в другой – сквозь систему запутанных «тоннелей» и «этажей». С первого раза сделать это ого-го как трудно, можно потратить не один десяток часов! А теперь представьте себе, что гиперпространство – это наш мир, игрушка-куб – «обычное пространство», шарик – «корабль», и где-то там, «внутри обычного пространства» шарика, извилистый путь через лабиринт представляется длинной прямой линией – скажем, это маршрут полёта корабля от одной звезды к другой... Тогда в нашем «гиперпространстве» мы можем «сжульничать»: снять с кубика прозрачную стенку (то есть «прыгнуть в гиперпространство»), переложить шарик («корабль») в другой угол – и вуаля! «В любую точку вселенной – за 5 секунд!».
Игрушка "прозрачный лабиринт"
Обходя напрямую «складки», «повороты», «тоннели» и другие структуры нашего пространства внутри гиперпространства, опытный пилот может за несколько дней или недель пролететь расстояние, на преодоление которого в реальном пространстве ушли бы миллиарды лет...
Так не бывает?
Или всё-таки бывает? Иногда бывает...
Когда мы сидим в классе за партой или играем во дворе, наша Земля представляется нам плоской, «прямой», не так ли? Но на самом деле она – шар, её поверхность искривлена! Если мы возьмём маленькое расстояние – скажем, от одного края стола до другого или даже от дома до школы, это искривление останется для нас незаметным, «пренебрежимо малым», как говорят математики. Но если взять расстояние побольше? Вот тут-то и начинаются сюрпризы.
Допустим, мы решили измерить расстояние «по прямой» от Москвы до Сан-Франциско. Нет ничего проще – берём карту, проводим по линейке прямую, переводим миллиметры в километры с помощью указанного на карте масштаба и получаем расстояние – 12 тысяч километров. На карте видно, что наш маршрут лежит через Литву, Данию, Великобританию, Ирландию, остров Ньюфаундленд, озёра Гурон и Мичиган, штаты Айову, Небраску, Колорадо, Юту и Неваду.
Прямая линия на карте. Расстояние между Москвой и Сан-Франциско – 12 000 км
Но давайте проверим наши измерения на глобусе. Туго натянем нитку между Москвой и Сан-Франциско... Мамочки! У нас получается совершенно другой маршрут! Он будет пролегать через Карелию, Норвегию, к западу от Шпицбергена, северную Гренландию, остров Элсмир, остров Виктория, Большое Невольничье Озеро, штаты Альберту, Вашингтон и Орегон. А расстояние при этом получится 9500 километров! На 2 с половиной тысячи километров меньше, то есть «быстрее»!
Та же линия на глобусе даёт расстояние уже 9 500 км!
Однако это ещё не самый быстрый и прямой путь! Самый быстрый и прямой мы получим, если «проткнём» наш земной шар гигантской воображаемой спицей, проделав под его поверхностью тоннель от Москвы до Сан-Франциско. Максимальная глубина залегания этого тоннеля составит 1700 километров, а длина будет всего лишь... 8500 километров! Ещё на одну тысячу километров меньше!
"Сквозное расстояние" – 8 500 км!
Как видите, даже в нашем реальном мире «длина по прямой линии» может сильно изменяться в зависимости от того, что именно мы называем прямой– и «прямая» на карте может оказаться очень даже «кривой» в реальности. 3 с половиной тысячи километров – согласитесь, солидная разница в расстоянии. А что уж говорить о фантастическом гиперпространстве...
Можно ли оттолкнуться от магнитного поля Земли?
Теперь ответ на второй вопрос. Каждый магнит обладает «силой» – то есть напряжённостью магнитного поля. Напряжённость магнитного поля Земли у поверхности составляет приблизительно 0,5 гаусс. Много это или мало? Очень мало – скажем, обыкновенный магнитик от холодильника обладает напряжённостью в 50 гаусс, то есть он в 100 раз сильнее! Так что магнитное поле у нашей планеты слабенькое – оно способно «толкнуть» разве что сверхлёгкую металлическую стрелку компаса, да и то, если ничто и никто не мешает...
Расскажите, кто раскрутил Землю? Лука Левченко, из письма в редакцию
Лука, отличный вопрос! И в самом деле – чем тяжелее предмет, тем тяжелее его раскрутить, заставить вращаться вокруг своей оси. Легко раскрутить детскую юлу, ненамного сложнее – велосипедное колесо. Но уже инерционная (то есть «без мотора») карусель на игровой площадке во дворе – штука довольно массивная. Малыши просят – «раскрути, покатай!». Раскрутил весело раз, раскрутил два, три, четыре... А к пятому разу-то уже чувствуешь, что хочется отдохнуть...
А Земля – это вам не карусель. Масса Земного шара – примерно 6 000 000 000 000 000 000 000 000 килограммов. Двадцать четыре нуля после первой цифры!
И ведь что удивительно – эта огромная масса ещё и вертится, да как быстро! Один оборот всего лишь за 24 часа. «24 часа – это разве быстро?» – спросите вы. «Это целые сутки, день и ночь! И выспаться успеешь, и в школу сходить, и уроки сделать, и погулять, и поиграть...». Ну так вы не забывайте, что и размеры у нашего «шарика» колоссальны. Примерно 40 000 километров в окружности! Вспомните школьную арифметику, задачки на «скорость-время-расстояние». Разделите 40 тысяч на 24 – сколько получится? Около 1700 километров в час – вот с какой скоростью наша Земля (и вы вместе с ней) крутится вокруг своей оси! Все гоночные болиды «Формулы-1» даже рядом не стояли... в смысле не ехали.
Какими бывают движения?
Такой вопрос может поставить в тупик. «Ну, движения... они бывают разные... Ходить, бегать, прыгать, кувыркаться, писать в тетрадке ручкой... Мыть посуду, подметать... На занятиях танцами изучают разные движения...» Разве можно описать их все?
Учёные этим вопросом озадачились очень давно, почти 2 с половиной тысячи лет назад, во времена Архимеда. И, поразмыслив, пришли к выводу: да, можно! На Земле и вообще во Вселенной существует только два простых типа движения: поступательное и вращательное! Любые прочие движения можно представить в виде комбинации, «суммы» этих двух простых.
Поступательное движение – это движение по прямой линии. Скажем, игрушечная («инерционная») машинка: толкнул её – и она поехала по прямой.
Характерный признак поступательного движения – предмет движется целиком, «весь». Вращательное движение – более сложное. Чем оно отличается от поступательного? Тем, что при таком движении у предмета всегда есть неподвижная точка – центр вращения. Чувствуете разницу? Вот комната. Даже если сдвинуть к стенам всю мебель, всё равно места для того, чтобы как следует побегать (совершить поступательное движение) не хватит. А для того, чтобы всласть покружиться вокруг себя (вращательное движение), места более чем достаточно!
Это замечательное свойство вращательного движения – двигаться, но при этом оставаться на месте – чрезвычайно интересовало ещё древних философов. Вспомните ту же карусель во дворе. Или колесо обозрения в парке. Или колесо у велосипеда, перевёрнутого для ремонта.
Они движутся, но при этом никуда не «уезжают»! Само собой, учёным было страшно интересно разобраться – а отчего такая разница? Почему поступательное движение – это всегда именно движение (то есть «перемещение из точки А в точку Б»), а вращательное движение – это вроде бы как и движение, а вроде как и нет?
Ещё больше древние учёные «зауважали» вращательное движение, когда разобрались в том, как работает рычаг: с помощью поворачивающегося вокруг оси рычага даже ребёнок может поднять очень тяжёлый груз! Магия, да и только!
"Дайте мне точку опоры и я подниму Землю!" Архимед о возможностях рычага
Две силы – пара!
Чтобы создать поступательное движение, нужна некая сила. Причём всего лишь одна сила! А вот чтобы создать вращательное движение, одной силы мало – нужно две!
С поступательным движением, думаю, вам всё понятно – вот машинка, вот мы толкаем её рукой, вот она едет по столу. А вот про то, как две силы создают вращение – уже сложнее. Придётся ставить опыты и звать на помощь. Пусть Лучик будет «первая сила». Веснушка – «вторая сила». А в качестве предмета возьмём обыкновенную гимнастическую палку...
Случай первый:
Пусть наши силы направлены в противоположные стороны и находятся на одной прямой линии. То есть Лучик и Веснушка просто тянут палку на себя, каждый за свой конец. Что при этом происходит? Палка «едет» туда, где приложенная сила больше – «кто кого перетянул». Движение при этом, сами понимаете, поступательное. Никакого вращения!
Случай второй:
Пусть теперь наши силы, наоборот, снова будут лежать на одной линии, но направлены «друг на друга». То есть Веснушка и Лучик будут толкать палку, каждый от себя. И снова палка сдвинется поступательно в ту сторону, где приложена большая сила – только на этот раз «кто кого перетолкал».
А если, скажем, Лучик тянет палку, а Веснушка толкает? Движение снова будет поступательным! Вывод: если две силы приложены вдоль одной и той же прямой линии, движение всегда будет поступательным.
Случай третий:
Пусть наши силы не лежат на одной линии, но направлены в одну и ту же сторону, параллельны друг другу, как трамвайные рельсы, и равны между собой. Что в этом случае произойдёт? Ребята понесут палку снова поступательно, без какого-либо вращательного движения.
Но... А что произойдёт во всех остальных случаях?
Скажем, наши силы направлены в одну и ту же сторону, но не равны? Если Веснушка тянет (или толкает) сильнее Лучика? Наша палка тут же начнёт поворачиваться! И если наши силы и направлены в разные стороны, тогда наша палка тем более начнёт поворачиваться, у нас появляется вращательное движение:
Две силы, приложенные к двум разным точкам предмета, направленные в разные стороны и не лежащие на одной прямой, создают вращение. Или, как любят говорить физики – крутящий момент.
«Ха! – скажете вы. – Ерунда какая! Вот я же открываю дверь за ручку, дверь поворачивается вокруг петель! А я тяну за ручку только одной рукой, где же тут вторая сила?»
Отличный вопрос и прекрасное наблюдение! Вторая сила тут есть – просто она как бы «спряталась». В случае двери, рычага или подобного механизма вторая сила – это реакция жёстко закреплённой опоры, сопротивление оси, шарнира, дверной петли. Так что запоминаем: нет второй силы – нет и крутящего момента.
Вот вам другой опыт: на пляже летом вы наверняка хотя бы раз играли в большой надувной мяч, верно? Когда бросаешь мяч, он всегда забавно кувыркается в воздухе, вращается.
Конечно, можно попробовать аккуратно подбросить мяч так, чтобы он «не закрутился» – но для этого нужно будет постараться... Мяч как будто не слушается, так и хочет закувыркаться в ту или другую сторону! Почему? А потому что мы толкаем мяч правой и левой рукой пусть немножко, но с разной силой. А пляжный ветерок обдувает мяч сверху и снизу тоже пускай с немножко, но с разной силой. И все эти «немножко» разнонаправленные силы наш мяч «сами по себе» закручивают!
Летим в космос на машине времени
«Ну опыты с гимнастическими палками и пляжными мячами – это понятно,» – скажете вы – «но при чём тут наша Земля и её вращение?». Не торопитесь. Отправимся на машине времени в космос, в далёкое прошлое, примерно на 5 миллиардов лет назад. Вместо солнечной системы, Солнца, Земли, всех планет и даже соседних звёзд мы обнаружим только огромное (20-30 световых лет в поперечнике!) и холодное газо-пылевое облако. Форма этого облака случайна, неправильна, чем-то оно напоминает колоссальных размеров клуб дыма от костра. На это облако действует сила притяжения центра нашей Галактики – но (в точности как в опытах с гимнастической палкой!) на разные «края» облака эта сила притяжения действует с немножко разной силой, направленной в немножко разные стороны...
Разное притяжение частей газо-пылевого облака порождает вращающий момент облако начинает вращаться
Оказывается, этого «немножко» вполне хватает для того, чтобы облако начало – чрезвычайно медленно! – вращаться.
Примерно так образовалась наша солнечная система согласно представлениям современной науки
Закон фигурного катания
В физике есть несколько законов, которые учёные называют «законы сохранения». В частности, есть и закон сохранения крутящего момента. Оказывается, то самое вращательное движение, которое мы сообщили телу с помощью «пары сил», никуда и никогда не исчезает! Вращение может быть измерено – и «количество» этого вращения никогда не изменяется само по себе: чтобы остановить раскрученный предмет, нужно потратить ровно столько же энергии, сколько потратили на то, чтобы этот предмет раскрутить.
Нам сперва этот закон кажется «неправильным», «неинтуитивным». Жизненный опыт говорит нам как раз об обратном: инерционная карусель во дворе после нескольких оборотов останавливается «сама по себе». Раскрученное велосипедное колесо тоже останавливается «само по себе». А «закон сохранения» утверждает, что и карусель, и колесо после раскрутки должны вращаться вечно! Но... всё дело в том, что и карусель, и колесо останавливаются из-за работы силы трения. Именно сила трения постепенно «отбирает» заданный во время раскрутки крутящий момент, и вращение в итоге останавливается. Уберите трение – и вращение не остановится никогда!
Российский изобретатель Нурбей Гулиа в своё время для того, чтобы максимально «убрать» потери на трение, предложил использовать особые магнитные подвески и подшипники. Он построил демонстрационный прибор – круглый диск на такой вот магнитной подвеске. Во время демонстрации своих изобретений гостям он просто как бы нечаянно толкал диск рукой, тот начинал вращаться. Гость ждал 5 минут, 10 минут, 15... Диск продолжал вращаться, как будто его крутил невидимый вечный двигатель! Гость (уже из принципа) ждал полчаса, час, наконец профессор Гулиа со смехом объяснял, что диск в итоге остановится, но только часов через 12-15...
Итак, запоминаем: крутящий момент никуда не исчезает, на него действуют законы сохранения. Впрочем, у закона сохранения крутящего момента есть и другое название: закон фигуриста. Вы любите фигурное катание? Даже если не любите, посмотрите как-нибудь по телевизору или в интернете. Вот фигурист (или фигуристка) разводит руки широко в стороны, прыгает и начинает вращаться вокруг себя. Затем вдруг резко прижимает руки к груди – и начинает вращаться в два, в три, в четыре раза быстрее! Почему? Потому что момент остаётся «тот же самый» (сохраняется), а вот линейные размеры фигуриста как бы становятся меньше. И в силу закона сохранения скорость вращения возрастает.
Возможно, у вас дома есть гимнастический (он же «балансировочный») диск для занятий физкультурой. С этим диском можно провести занимательный опыт. Встаньте на диск, возьмите в руки гантели (нетяжёлые), разведите руки в стороны и попросите друга (маму, папу) раскрутить вас как можно быстрее. Сперва удержать равновесие на вращающемся круге будет трудно, но рано или поздно у вас получится.
А теперь во время вращения резко притяните гантели к груди! Вы почувствуете, как гантели «сопротивляются», и как диск – сам по себе! – вдруг начинает крутиться всё быстрее и быстрее (можно даже от неожиданности вылететь с диска и набить себе шишку, так что аккуратнее).
Почему такое происходит? Потому, что по закону сохранения крутящего момента частота (т. е. скорость) вращения зависит от «плеча рычага», от «радиус-вектора», то есть от размеров вращающегося объекта, от того, как далеко груз расположен от центра вращения. Чем меньше размеры, чем груз ближе – тем вращение становится быстрее; чем больше размеры, чем груз дальше – тем вращение становится медленнее. Запомнили?
И снова на машине времени в космос
Наигравшись с физкультурными снарядами, повторно вернёмся на 5 миллиардов лет назад, к нашему газо-пылевому облаку. Как вы помните, оно получило крутящий момент и начало медленно вращаться. Но дело в том, что на частицы внутри этого облака тоже действуют гравитационные силы. Или, скажем, статическое электричество – и эти частицы начинают потихоньку притягиваться друг к другу, облако сгущается, начинает становиться меньше и меньше – постепенно, очень постепенно, проходят миллионы и даже десятки миллионов лет. Но в конце концов облако уменьшается во много раз, приобретает более-менее шарообразную форму и начинает вращаться уже очень даже быстро – в точности, как в нашем опыте с диском или как на чемпионате по фигурному катанию.
Внутри быстро вращающегося газового шара образовались многочисленные мелкие «вихри», в которых концентрировались пыль и газ. Если вы пьёте чай «с заваркой», а не «из пакетика», размешивая сахар, обязательно понаблюдайте, какие сложные «кренделя» выписывают быстро движущиеся чаинки. Постепенно эти «вихри» уплотнялись, превращаясь в зародыши будущих планет – планетеземали. Центральное сгущение превратилось в молодую звезду – наше Солнце. А планетеземали летали вокруг этого Солнца по орбитам, сталкивались друг с другом, раскалывались, снова сталкивались и сливались в единое целое – и продолжали вращаться, сохраняя заложенный в них ещё первоначальным облаком крутящий момент. Одна из таких планетеземалей в итоге стала той планетой, на которой мы с вами живём сейчас.
Итак, как можно ответить на вопрос Луки кратко? Землю раскрутил закон сохранения крутящего момента, он же закон сохранения момента вращения. А возник крутящий момент ещё во времена существования протопланетного газо-пылевого облака – просто благодаря той самой «случайной» паре сил. Помните?
Две разнонаправленные силы, не лежащие на одной прямой и приложенные к разным точкам предмета, обязательно порождают вращение, то есть крутящий момент. Всегда. Без вариантов.
Кстати...
Учёные утверждают, что 4 с половиной миллиарда лет назад «новорождённая» Земля вращалась со скоростью 1 оборот за 6 часов. В 4 раза быстрее, чем сейчас! Только вообразите – 3 часа длится день и столько же ночь. Встали на рассвете в 7 утра, в школу к 8:30 – уже самый полдень. А к середине второго урока Солнце уже садится, наступает самая настоящая ночь...
Но здесь главное неудобство – вовсе не в длине светового дня. А в том, что при таком быстром движении земля не будет успевать прогреваться, растениям не будет хватать тепла, они начнут погибать. Плюс к тому же из-за очень быстрого вращения в атмосфере будут рождаться сильнейшие ветры и ураганы, а в океанах – штормы чудовищной силы. В общем, лучше всего оставить «так, как есть»...
Несмотря на капризы погоды, лето неумолимо приближается. Значит, занятия в спортивном зале или домашние тренировки получится заменить на активности под открытым небом. Собрали для вас товары, которые сделают уличные воркауты интереснее, увлекательнее и полезнее.
Мегамаркет дарит пикабушникам промокод килобайт. Он дает скидку 2 000 рублей на первую покупку от 4 000 рублей и действует до 31 мая. Полные правила здесь.
В компактную поясную сумку поместятся телефон, ключи, кошелек или другие нужные мелочи. Во время тренировки все это не гремит и не мешает, но всегда находится под рукой. Материал сумки прочный и влагонепроницаемый, вещи в ней защищены от повреждений, царапин или пота.
С фитнес-резинкой можно тренировать все группы мышц: руки, ноги, кор, ягодицы. А еще она облегчает подтягивания и помогает мягко растягиваться. В сети можно найти огромное количество роликов с упражнениями разной степени сложности. Нагрузка легко дозируется: новичкам подойдет резинка с сопротивлением до 23 кг, опытным атлетам — до 57 кг. При этом оборудование максимально компактно и поместится даже в небольшую сумку.
Для тех, кому надоели обычные тренировки. Слэклайн — это стропа шириной 50 мм, с помощью которой осваивают хождение по канату. Тренажер учит сохранять баланс, прокачивает координацию и концентрацию, а еще дает отличную нагрузку на спину, руки и ноги.
Настольный теннис — простой в освоении вид спорта, который отлично помогает размяться и тренирует скорость реакции. В комплект входят две ракетки, три мяча, сетка, накладка и чехол — все, что нужно, чтобы поиграть вечером во дворе с другом или устроить небольшие соревнования. Этот недорогой набор подойдет именно для развлечения и веселья, устанавливается почти на любой стол.
Еще один вид спорта, которым можно заниматься, даже не имея серьезной подготовки — бадминтон. С набором от Wish Steeltec вы сможете потренировать силу удара, побегать и просто хорошо провести время. Детали яркие, так что их трудно потерять даже на природе. Леска натянута прочно, ресурса ракеток должно хватить не на один сезон.
Фрисби воспринимается как простое пляжное развлечение. Тем не менее перекидывание друг другу тарелки задействует все группы мышц и развивает скорость реакции. Эта тарелка летит далеко и по понятной траектории — отличный снаряд для начала. Кстати, фрисби — это еще и ряд спортивных дисциплин со своими правилами и техническими сложностями, так что игра с друзьями может перерасти в серьезное увлечение.
Стильный мяч из износостойкой резины отлично подходит для уличных тренировок. Вы сможете поиграть компанией в баскетбол или стритбол или просто отработать броски. При производстве используется технология сбалансированного сцепления: это значит, что снаряд не сбежит от вас и будет двигаться по стабильной траектории.
Футбол — один из самых популярных в России видов спорта. Играя, можно отлично побегать, потренировать меткость и отработать взаимодействие в команде. Футбольный мяч Torres Striker выполнен из качественного полиуретана и резины и выдержит не один десяток матчей, не потеряв упругости. Отличная балансировка и оптимальный размер делают его подходящим как для взрослых, так и для подростков. Он достаточно тяжелый, почти как в профессиональном спорте, так что совсем малышам не понравится.
Пляжный или обычный волейбол? А может быть, пионербол, как в детском лагере? Мяч TORRES SIMPLE COLOR подойдет для любой из этих игр. Камера отлично держит давление, поэтому вам не придется постоянно подкачивать его, а качественные материалы (полиуретан и бутил) сохраняют все характеристики даже при интенсивном использовании.
Многоскоростной велосипед с рамой 19-го размера подойдет как мужчинам, так и женщинам. Это отличный вариант для новичков: модель доступная, удобная. Поможет понять, нравится ли вам велоспорт. Конструкция велосипеда позволяет ездить по дорогам разных типов, поэтому вы сможете перемещаться по городу или отправиться в поход. Есть складной механизм — велосипед с ним легко возить в машине, на электричке и просто хранить в кладовке.
Более продвинутая модель для тех, кто уже оценил прелесть движения на двух колесах. Геометрия велосипеда предполагает вертикальную посадку. Это обеспечивает более удобное положение тела, чем на других байках. В конструкции предусмотрены детали для комфорта и безопасности: пружинная вилка с ходом 100 мм, сервисная подводка тросов и дисковые гидравлические тормоза.
Если вы не фанат велоспорта, но хотите получить свою дозу физической нагрузки, перемещаясь по городу, выбирайте самокат. В модели PLANK Magic 200 есть регулировка руля по высоте, надежные тормоза и прочная увеличенная дека из алюминия. Когда вы катаетесь на самокате, работают мышцы ног, ягодиц, спины и живота, а заодно добираетесь, куда нужно. Если вы решите сделать паузу в тренировках, самокат легко складывается для хранения.
Любая активность на свежем воздухе требует хорошей обуви, специально сделанной для занятий спортом. Яркие кроссовки Hoka RINCON 3 с облегченным весом амортизируют, снижают нагрузку на суставы. Выраженный рельеф подошвы обеспечивает сцепление с поверхностью вне зависимости от того, где проходит тренировка: на специальной площадке, асфальте или грунте.
Легкие женские кроссовки из линейки Clifton подходят для занятий на твердых покрытиях. Дышащий сетчатый верх поддерживает вентиляцию стоп, чтобы можно было тренироваться даже в жару. Подошва из легкой пены EVA гасит силу ударов. Кроссовки беговые, подходят для тренировок на длинных дистанциях.
Во время занятий на свежем воздухе важно защитить голову от перегрева. С этим отлично справится легкая и светлая бейсболка — например, от GLHF. Она удобно сидит на голове, не сваливается и не отвлекает от занятий, благодаря сетке голова меньше потеет. Козырек жесткий и не мнется.
Не забудьте защитить кожу от солнца — чтобы не было мучительно больно на следующий день после тренировки под открытым небом. В этом поможет крем против пигментных пятен с сильной защитой от ультрафиолета SPF50. Водостойкая текстура легко наносится и быстро впитывается, действует два часа — потом крем нужно обновить.
Удобные и стильные солнцезащитные очки защищают глаза благодаря фильтру UV400, который поглощает до 99.99% ультрафиолета. Они выполнены из легких материалов и плотно прилегают к голове. Ударопрочные поликарбонатные линзы с антибликовым покрытием подходят для разных видов спорта.
Используйте промокод килобайт на Мегамаркете.Он дает скидку 2 000 рублей на первую покупку от 4 000 рублей и действует до 31 мая. Полные правила здесь.
Реклама ООО «МАРКЕТПЛЕЙС» (агрегатор) (ОГРН: 1167746803180, ИНН: 9701048328), юридический адрес: 105082, г. Москва, ул. Спартаковская площадь, д. 16/15, стр. 6
Привет, «Лучик»! Недавно я ходила в планетарий, и там мне рассказали о планете полностью покрытой льдом. После этого я не могу понять почему нельзя привезти на эту планету сильный обогреватель? Ведь лёд превратится в воду, а в ней образуется жизнь... Полина П.
Привет, Полина! Спасибо за интересный вопрос! И для начала – встречный вопрос: а нравятся ли тебе в школе уроки математики? Потому что ответить на твой вопрос без математики не получится!
Европа, покрытый льдом спутник Юпитера
Многие дети математику не любят, даже боятся. И как только видят где-нибудь формулы, тут же пугаются и «читать дальше» совершенно не хотят. Потому что «скучно», «непонятно» и даже «страшно». Что намного хуже – откроем секрет, точно также себя ведут многие взрослые! Математики они не любят, формул и чисел боятся, как огня! Это грустно – и очень плохо.
Плохо вовсе не потому, что за неправильно решённую задачу или пример поставят двойку! Дело в том, что математика – единственный верный способ «предсказывать» события, «предвидеть результат». Именно поэтому в древние времена математику считали разделом магии, то есть волшебством. Скажем, читаем в новостях: в каком-то городе решили построить для детей стадион. Хорошее дело, правда? Началось строительство. А потом... как-то само собой закончилось «где-то посредине». И остался стадион стоять «недостройкой», «заброшкой». И ребята остались без нового стадиона. Почему? А потому что те самые не любящие формулы и цифры взрослые посчитали – на стадион надо (допустим) десять миллионов рублей. А когда строительство уже началось, вдруг выяснилось – посчитали неправильно, и нужно не десять миллионов, а сто! И где их взять? Скандалы в газетах, разбирательства в суде...
Вот почему так важно «подружиться» с математикой ещё в школе. Любое большое и сложное дело – это прежде всего точный и подробный план. А такой план без формул, цифр и расчётов невозможен!
Итак, «почему бы на покрытую льдом планету не привезти сильный обогреватель»? Помните, как в мультфильме «Ну, погоди!» Волк с помощью кипятильника согревает воду в пруду, и там становится так жарко, что на берегу начинают расти ананасы, а в самом пруду заводятся крокодилы, ага?
Так вот, сперва нам нужно оценить – а насколько «мощным» должен быть этот кипятильник, или (переводя на язык науки) сколько нам потребуется энергии?
Для примера возьмём Энцелад – полностью покрытый льдом спутник планеты Сатурн. Этот спутник учёными достаточно неплохо изучен, мы многое знаем о нём благодаря автоматическим космическим аппаратам «Вояджер» и «Кассини». Внимание! Вдохнули! Начинаются цифры и формулы! Диаметр Энцелада – 500 километров, а толщина ледяной корки на поверхности – около 2 километров. Используем формулу объёма шара из школьного учебника математики (два раза), вычитаем, и получаем ответ: нам предстоит растопить примерно 1 миллион 500 тысяч кубических километров льда.
Энцелад (спутник планеты Сатурн)
Причём совсем не простого льда! Энцелад находится на огромном расстоянии от Солнца – почти полтора миллиарда километров. Поэтому солнечного тепла там очень мало – температура на поверхности минус 200 градусов! А при такой температуре лёд становится очень плотным и твёрдым, из такого льда можно запросто сделать ножницы, нож или даже топор – причём острые, как бритва! Плотность привычного нам «земного» льда при температуре ноль градусов – 916 килограмм на кубический метр. «Инопланетный» лёд на Энцеладе намного тяжелее – примерно 934 килограмма на кубический метр. Теплоёмкость у него примерно в два раза меньше, а теплопроводность – наоборот, примерно в два раза больше. А в одном кубическом километре (таблицу на последней странице школьной тетради помните?) – ровнёшенько 1 миллиард кубических метров льда. Значит, нам предстоит растопить (умножаем):
1 500 000 кубических километров Х 1 миллиард кубических метров Х 934 килограмма
Масса льда на Энцеладе РАВНЯЕТСЯ = 1 494 400 000 000 000 000 килограмм. Буквами: один секстиллион четыреста девяносто четыре квинтиллиона четыреста квадриллионов килограмм.
Теперь можно рассчитать требуемую энергию. Для этого воспользуемся термином «количество энергии» из школьного учебника. Давным-давно учёные считали, что тепловая энергия – это невидимая и невесомая жидкость, этакая «волшебная вода», которая называется «теплород». Забавно – представляете себе, чтобы теплоту можно было, скажем, наливать в бутылки или стаканы, как газировку или сок? В общем, в конце концов учёные поняли, что ошибались и никакой «волшебной воды-теплорода» нет – но вот сам термин «количество теплоты» и даже формулы с тех времён сохранились! Потому что в науке бывает и так – теория была неправильная, но вот формулы в этой теории были правильные, дающие точный результат!
Чтобы растопить наше количество льда, нужно массу умножить на другое число из школьного учебника физики – удельную теплоту плавления, для льда это 333 (килоджоулей, то есть тысяч джоулей, на килограмм). Получаем
497 635 200 000 000 000 000 000 джоулей, или 497 635 200 000 000 гигаджоулей. Снова прописью: четыреста девяносто семь триллионов шестьсот тридцать пять миллиардов двести миллионов гигаджоулей...
Считать в таких огромных числах неудобно – да и не очень понятно, «на что же это похоже». Переведём наши джоули в «тротиловый эквивалент», то есть разделим на 4,184:
497 635 200 000 000 : 4,184 = 118 937 667 304 015 тонн, то есть примерно 120 000 000 мегатонн (120 тератонн) тротила. Самая мощная водородная бомба, когда-либо созданная людьми («Царь-бомба») обладала мощностью примерно в 60 мегатонн. А тут у нас таких бомб – целых два миллиона... мамочки!
«А если в более мирных единицах?» – спросите вы. Ну что ж, можно и в мирных:
497 635 200 000 000 гигаджоулей = 138 232 000 тераватт-часов. Чтобы вы поняли: общая мощность ВСЕХ-ВСЕХ-ВСЕХ электростанций на Земле составляет примерно 2 тераватта. То есть чтобы только растопить «нуль-градусный» лёд и превратить его в воду, нам понадобится в семьдесят миллионов раз больше энергии, чем производят все электростанции Земли. Другими словами: такое количество энергии все современные земные электростанции произведут примерно за восемь тысяч лет.
Но погодите! Прежде чем растопить лёд, нам его же ещё и нагреть нужно! С минус двухсот градусов до нуля! Снова возьмём формулу из школьного учебника и умножаем:
1 494 400 000 000 000 000 килограмм Х 200 градусов Х 1400 (джоуль-килограмм-градус) =
В тротиловом эквиваленте: 100 007 648 183 556 тонн, или примерно 100 тератонн тротила. Повторимся: бомб такой мощности люди не создавали (и надеемся, что не будут создавать) – взрыв такой силы произойдёт, если в Землю врежется метеорит диаметром 10 километров. Последствия взрыва такой силы чудовищны: человечество, скорее всего, будет уничтожено полностью. Именно такой силы был взрыв, погубивший динозавров 65 миллионов лет назад.
Если в мирных единицах, то получим
418 432 000 000 000 гигаджоулей = 116 231 111 тераватт-часов, то есть примерно в 60 миллионов раз мощнее всех электростанций Земли! Это ещё 7 тысяч лет работы – а всего получается 15 тысяч лет. Вся наша цивилизация столько времени не существует, увы...
Вот вам и ответ на вопрос Полины! Возможно, расчёты и были длинными и скучными – но зато теперь мы можем себе чётко представить, НАСКОЛЬКО «сильный обогреватель» потребуется для того, чтобы растопить лёд на Энцеладе! Таких «турбо-кипятильников» у человечества нет даже в планах на будущее, даже на далёкое будущее...
И тут, кстати, появляется ещё один, очень важный, вопрос: ну, растопим мы лёд, а что будет дальше? Ведь температура на Энцеладе как была минус 200 градусов, так и останется! Если наша атмосфера на Земле сравнима с толстым одеялом, сохраняющим тепло, то атмосфера Энцелада – тонюсенькая простыночка. То есть как только мы растопим лёд и получим воду, вода тут же замёрзнет обратно! И – «мочала начинай сначала».
И ещё один вопрос, наверное, самый важный: Полина пишет «лёд превратится в воду, а в ней образуется жизнь». Но что скрывается под двухкилометровой ледяной коркой на Энцеладе? Как раз та самая вода! Жидкая вода! Целый подлёдный океан! Железо-каменное ядро Энцелада активное, горячее, оно греет воду там, в непроглядной глубине, там возможны даже подводные вулканы! И очень может быть, что на Энцеладе уже есть жизнь – там, внизу, в том самом тёплом океане! Загадочная, неземная, инопланетная... И существовать она может в том числе именно потому, что этот океан надёжно укрыт от безжалостного космоса толстым ледяным одеялом, ледяной корой! Для нас с вами «ледяное одеяло» звучит немножко смешно – но в космосе это вполне реальная вещь! И растопив эту кору, это «одеяло» нашим «супер-мега-кипятильником», мы, земляне, подвергнем эту загадочную жизнь страшнейшей опасности! И намного мудрее будет не изобретать «сверхмощный нагреватель», а бурить с поверхности глубокие скважины – и отправлять на исследования подлёдного океана Энцелада автоматические аппараты! Что они увидят, что они сумеют отыскать – там, на двухкилометровой глубине, в полутора миллиардах километров от Солнца? Жизнь – а на что похожую? Будут ли это микроскопически малые существа вроде наших бактерий – или же существа крупного размера? Будут ли они похожи на рыб? Или на креветок и крабов? На моллюсков или медуз? Будет ли это похоже на то, что пишут писатели-фантасты – или будет интереснее самой интересной фантастики? Кто знает...