Системный администратор
0,1
рейтинг
8 января в 08:57

Физические законы в цифрах — большие величины

Многие знакомы с тем, что влияние некоторых законов физики на наш мир, находящийся на перепутье микромира элементарных частиц, и макромира звёзд и галактик может быть очень большим, но не все знают — насколько. Здесь я собрал несколько примеров того, сколь большой эффект они могут оказывать.

image

Классическая механика

Ускорение свободного падения растёт прямо пропорционально массе тела, и обратно пропорционально — квадрату радиуса:
image
А так как масса небесных тел в общем случае растёт от третьей степени радиуса (объёма тела), а в реальности — даже чуть больше (плотность тяжёлых тел выше), тоо такие тяжёлые тела, как планеты-гиганты и звёзды притягивают весьма удалённые от них тела.

Уже на условной поверхности Юпитера (газовые гиганты и звёзды имеют такую же весьма условную границу, как и атмосфера Земли), вы бы весили в 2,5 раза больше, а на Солнце — уже почти в 28 раз больше (такое ускорение человек в состоянии выдержать только в течении пары секунд). Из-за малых размеров, для белого карлика ускорение свободного падения будет уже в 250 000 раз выше земного. А для самых массивных нейтронных звёзд — уже в 200 миллиардов раз больше. Этого уже достаточно чтобы раздавить не только человеческое тело, но даже любые атомы:

image
Состав нейтронной звезды

Плотность таких звёзд огромна — от 3.7×1017 to 5.9×1017 кг/м3. В условиях повышенного притяжения один кубический нанометр их вещества (в котором в обычных условиях помещается менее тысячи атомов) на поверхности нейтронной звезды должен весить порядка 100 килограммов. А вот дальнейший рост массы тел приводит к совершенно противоположному эффекту — с образованием чёрной дыры ускорение свободного падения (на условной поверхности тела — горизонте событий) становится константой:
image
И дальнейший рост массы приводит к снижению плотности — формула плотности чёрной дыры показывает, что она обратно пропорциональна квадрату её массы, и больше ни от чего не зависит:
image

Так для чёрной дыры с массой в 4,31 миллионов солнечных масс, как у Стрельца A* (объекта в центре нашей галактики — Млечного Пути) диаметр будет в 17 раз превышать солнечный, а плотность составит 106 кг/м3. А для чёрной дыры в центре NGC 4889, имеющую 21 миллиардов масс Солнца (масса Гаргантюа из фильма «Интерстеллар» для примера — «всего» 100 миллионов) — плотность составит 41 г/м3, что в два раза ниже плотности водорода при атмосферном давлении.

Эффекты теории относительности

На низких скоростях эффекты теории относительности весьма слабы. Однако с её ростом всё кардинально меняется — вот например график, на котором изображено время перелёта к разным точкам Вселенной при равномерном разгоне и торможении по половине пути с ускорением в 1g:
image
Пунктиром изображено время полёта без учёта релятивистского замедления времени. За источник энергии в расчётах соотношения полезный груз/стартовая масса взята реакция аннигиляции.

Частица «о мой Бог» — имевшая самую большую из зарегистрированных энергий среди частиц прилетевших к нам из космоса, имела энергию в 3*1020 эВ — что составляет примерно 48 джоулей — это в 40 миллионов раз превышает энергию достигаемую в БАК. Если эта частица — являлась протоном (такова основная версия), то за год полёта он отставал бы от луча света всего на 47 нм. При приближении к скорости света замедление времени идёт очень быстро:
image
И время для него было бы замедленно в 300 миллиардов раз по сравнению с неподвижным наблюдателем — это значит, что пролетев всю Вселенную (размеры которой оцениваются сейчас в 91 миллиард световых лет) для него бы прошло всего около 100 дней.

Квантовые эффекты

Как известно, излучение чёрных дыр (излучение Хокинга) связано только с их массой:
image
Для чёрной дыры с массой равной Солнцу (нижний предел для чёрных дыр образующихся из звёзд — даже чуть выше) будет испаряться в течении огромного времени — 2*1067 лет (что на 57 порядков превосходит время существования Вселенной), а обнаружить чёрные дыры по этому излучению можно только на самой последней стадии их испарения (до этого — испарении идёт очень медленно, и излучение практически незаметно) — поэтому на данный момент обнаружить их не представляется никакой возможности.

Более того — температура «поверхности» чёрной дыры с массой равной Солнечной составляет всего 6*10-8K (это при том, что реликтовое излучение имеет температуру ≈2,7 К), а это значит что на данный момент — они даже не испаряются, а наоборот — растут! Так что сейчас астрономы надеются найти более мелкие чёрные дыры, которые теоретически могли образовываться на раннем этапе существования Вселенной (когда вещество было чрезвычайно плотным, и за счёт небольших неравномерностей в своём расширении могло сколлапсировать в чёрную дыру).

Для чёрных дыр в центрах галактик время их существования (оно зависит от 3-й степени массы): image
становится ещё более огромным — чёрная дыра в центре Млечного Пути должна просуществовать в 1077 больше того времени, что Вселенная уже существует (13,799±0,021 миллиардов лет), а самая большая из известных на данный момент — должна просуществовать ≈2*1098 лет (в 1088 раз больше времени существования Вселенной).

Благодаря зависимости исключительно от её массы, мощность «взрыва» чёрной дыры в последний момент одинакова для всех них. За секунду до окончательного испарения (предполагается что в итоге должна остаться стабильная чёрная дыра с планковскими размерами) её масса будет составлять 2,28*105 кг, и за эту последнюю секунду выделится 6,84*1021 Дж энергии (около 5*1012 тонн в тротиловом эквиваленте).

Ядерная физика

Самый известный эффект — это количество энергии, выделяемое в процессах ядерных реакций. Так первая атомная бомба, взорванная 16 июля 1945 года в ходе испытаний «Тринити» — имела массу в 108 тонн, выделилось количество энергии, эквивалентное взрыву 21 тысячи тонн тротила. А самая мощная термоядерная бомба в истории человечества, взорванная уже 30 октября 1961 года — при весе в 26,5 тонн имела тротиловый эквивалент в 58 миллионов тонн (2,4*1017. Однако дефект массы (масса непосредственно преобразовавшаяся в энергию по формуле E=mc2) составила только 2,65 кг, или только 0,1% от общей массы.
image

Казалось бы — величина всё равно огромная, но в масштабах планет, это уже ничтожная величина: так для того, чтобы растопить марсианские ледяные шапки на полюсах, понадобилось бы около 55 тысяч таких бомб, или 73 тонн антиматерии. Однако пока получаемое количество антиматерии измеряется сотнями атомов (величина порядка 10-21 кг), а время его удержания — минутами. Что в целом, и хорошо — ведь исследования по применению его в оружии, сотнями атомов">уже ведутся. При этом антиматерия не имеет ограничения по минимальной мощности и массе заряда (как ядерное и термоядерное оружие), а лишь один грамм антивещества уже эквивалентен 43 тысячам тонн тротила — то страшно себе представить, на что будет способно такое оружие.

Масса среднестатистического человека составляет 62 кг, что примерно равно 5,9*1027 атомов, или почти 1,4*1029 неделимых на данный момент частиц (кварков и электронов). А общий заряд электронов и протонов в человеческом теле составляет по 3*109 Кулон, или примерно по 900 тыс А*ч (амер-часов). Заряд автомобильного аккумулятора для сравнения — порядка 50 А*ч. Мы не замечаем такого чудовищного заряда и его эффектов за счёт того, что отрицательный заряд электронов уравновешивается положительным зарядов протонов в атомах.
Денис Нырков @voyager-1
карма
30,7
рейтинг 0,1
Системный администратор
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (52)

  • +3
    > Так первая атомная бомба, взорванная 9 августа 1945 года в ходе испытаний «Тринити»

    На самом деле 16 июля.
  • +1
    И время для него было бы замедленно в 300 миллиардов раз по сравнению с неподвижным наблюдателем — это значит, что пролетев всю Вселенную (размеры которой оцениваются сейчас в 91 миллиард световых лет) для него бы прошло всего около 100 дней.

    Получается, если научится достигать околосветовых скоростей, то не нужны никакие криокамеры и все такое? То есть с т.з. Земли лететь годы, но для экипажа дни?
    • +3
      Да, это именно так. Но к сожалению на этом пути есть две проблемы, которые пожалуй даже сложнее создания криокамер:

      1) Даже ракета на антивеществе (самое энергетичное топливо из известных на данный момент) — позволяет достичь 0,5 скорости света, и затем затормозить, при приемлемом соотношении груз/топливо. Можно конечно развить и большую скорость — но тогда надо делать ракету многоступенчатой, и большая часть из неё, как и сейчас — будет топливом. Антивещество весьма дорого в производстве, но теоретически оно может быть найдено в больших объёмах где-нибудь во Вселенной — но пока даже не известно, как его там искать. Да и собственно — до него в начале надо будет долететь).

      2) Частицы межзвёздного газа — энергия от их соударения с кораблём растёт в квадрате скорости (а при приближении к скорости света — начинает расти всё быстрее и быстрее). На скорости выше 0,1 от световой это становится серьёзной проблемой — щит впереди корабля начинает постепенно «испаряться» под ударами отдельных атомов и немногом числе молекул. А при большей скорости — щит ещё и в целом может нагреваться до температур >1000° K.

      Частицы можно было бы отклонить магнитным полем, но по большей части — они не заряженные. Задача их ионизации (на большом расстоянии впереди корабля — чтобы их можно было ещё успеть отклонить) является серьёзной проблемой. Если всё это решить — то можно будет использовать этот способ, но пока вариант с криокамерами — выглядит реалистичней, как не глупо будет это звучать).
      • 0
        Еще, кмк, стоит сказать про время разгона/торможения при ускорении ~1g.
        • 0
          Кстати, интересный был бы график — скорость при постоянном (с учетом замедления времени итп) ускорении 1g
        • +1
          Время на разгон и торможение (по отдельности) можно оценить по правой шкале — поделив её значение на 2 (на графике не учитывается затраты на время проведённое у цели путешествия). Слева соответственно указано время путешественника — для величина в пределах 50 лет на путь в один конец даже на край Вселенной получается).

          Не было бы досадных проблем у двигателя Бассарда с необходимостью разгонять топливо (реальный предел скорости — 0,1 с) — и фантастический роман «Тау Ноль» был бы вовсе не таким уж и фантастическим. Как знать — если EmDrive окажется правдой, и люди научатся получать энергию из виртуальных частиц посредством эффекта Казимира — мы ещё сможем реализовать что-то подобное).
    • +1
      Смотря что считать околосветовыми.
      Достичь 90% скорости света относительно легко (в будущем, может) — но тогда это не так.
      А вот достичь 99,999% на много порядков (десятичных, в плане затрат энергии) сложнее, но тогда это так.
    • +1
      почитал вики — ничерта не понял. Как может размер Вселенной быть больше 2*t, где t — время ее существования?
      • +1
        www.youtube.com/watch?v=0r7ITuIEC54

        вот тут есть. Сам тоже так думал «Почему так?!»
        • 0
          спасибо. теперь понятно. Вся соль, как указали ниже, в расширении пространства, а не скорости материи.
      • +1
        Современная модель Вселенной предусматривает период инфляции — когда она расширялась невероятно быстро (быстрее скорости света). Теория относительности запрещает перемещаться материальным частицам выше скорости света, но не запрещает самому пространству — перемещаться быстрее него.

        На этом свойстве пространства строится «пузырь Алькубьерее» теоретически реализуемая модель космического корабля, передвигающегося быстрее скорости света (теоретически — потому что он требует для своего осуществления вещества с отрицательной массой, которого пока не нашли). Но само по себе — ни то, ни другое — законов физики не нарушает.
        • +1
          "«пузырь Алькубьерее»… требует для своего осуществления вещества с отрицательной массой"

          Теоритически для изменения топологии пространства требуется сосредоточение огромного количества энергии в небольшом по размеру пространстве (чего можно достичь накоплением огромного колличества антиматерии), каким образом возможность искривления пространства зависит от отрицательной массы? Просто вопрос, не поймите не правильно
          • 0
            Судя по своей конструкции, для своего существования «пузырю» нужна обычная масса спереди аппарата (прогибающая пространство «вниз»), и экзотическая материя — сзади (прогибающая пространство «вверх», так сказать).:
            image
            Однако для проверки теории используют интерферометр Уайта-Джудея — который обходится без подобной материи. Пока результаты — не однозначны, точного результата «за» теорию — получить не удалось. Но даже если положительных результатов получить не получится — за экзотическую материю (с определённой натяжкой) может сойти вакуум Казимира — его плотность «ниже нуля» — за счёт отсутствия части из виртуальных частиц. На варп-10 из Star Trek — тогда рассчитывать конечно не приходится, но с учётом всех уловок, с помощью которых уже смогли снизить требуемое количество экзотической энергии — существенный эффект должен получиться и так).
            Просто вопрос, не поймите не правильно
            Да ну что вы, то что это любопытство/научный интерес — я думаю всем понятно и так).
            • 0
              Благодарю за детальный ответ.

              Как думаете, будет ли в ближайшие 45 — 50 лет экспоненциальный скачек, позволяющий создавать пузырь Алькубьерре или подобные проекты? Беря во внимание скорость развития самообучающихся нейро-систем, прогресс в материалах, квантовые вычисления, прогресс в сверхпроводимости за последние пару лет, и тд. Лично я заметил, что значимость и скорость прогресса увеличивается по экспоненте.
              Еще 15 лет назад никто ведь даже представить не мог, что в 2015 году мы уже сможем совершать безошибочное пере-программирование ДНК млекопитающих, для исправления дефектов, создавать квантовые компьютеры и нейроморфные чипы, способные распознавать видео поток не хуже человека, и тд,
              • +1
                «прогресс по экспоненте» называется — Лондон забитый навозом, с точностью до наоборот. Прогресс не идет линейно или по экспоненте, или же прошу расчеты показывающие как развитие технологий шло по таким графикам. Это все прекрасно, что вы описываете, но не нужно этот прогресс идеализировать, нынешний прогресс во многом подстегнут развитием IT, но когда будут достигнуты пределы вычислительной мощности (а она не может расти бесконечно), ровно как и упремся в другие технологические и фундаментальные ограничения, тогда прогресс начнет замедляться.

                В эпоху научной фантастики и футурологических прогнозов (60-80-е) помнится, тоже всякого напридумывали. Про тот же космос. И что сбылось?
              • +3
                Как думаете, будет ли в ближайшие 45 — 50 лет экспоненциальный скачек, позволяющий создавать пузырь Алькубьерре или подобные проекты?
                Nulliusinverba правильно заметил, что на большой срок — загадывать нельзя. Но в плане дальнейшего развития, по моему мнению — он слишком пессимистичен. Я считаю что за срок в 25 лет должны быть получены первые серийные квантовые компьютеры, и термоядерные электростанции, и получено окончательное решение (подтверждение/опровержение) по теории Алькубьере.

                А вот как дальше события будут развиваться — зависит от экономической выгодности полученных результатов (к сожалению — стоимость всего этого может оказаться очень большой, и «повсеместного распространения» может ещё долгое время не быть"). А вот почему я так считаю:

                1) ITER хоть строят ещё на сверхпроводниках прошлого поколения — но он уже является прототипом серийного (в будущем) термоядерного реактора. А это как раз то, чего сейчас не хватает этой области — выхода в плюс по энергии. Благодаря этому инвестиции в эту область должны сразу вырасти в разы — а это практически гарантия успеха (термоядерный реактор вырабатывающий энергию — реально построить и сейчас, но на данный момент он должен быть даже в разы больше ITER, и его никто финансировать пока не готов). А кроме токамаков хоть и с опозданием, но развиваются ещё и стеллаторы.

                2) Для кремния в процессорах разрабатывается сразу две замены — это графен (можно сказать — более консервативный вариант), и квантовый компьютер. Оба варианта позволяют отнести «потолок» производительности на долгие годы (а то — и десятилетия) вперёд. Развитие пока медленное, но это опять же — до первых практических результатов.

                3) Из второго прямо вытекает необходимость инвестировать в материалы, ещё более мелкие техпроцессы — уже существует 7 нм процесс, а размер атомов — порядка 0,1 нм, то есть речь уже идёт о порядка 50-ти атомов на весь транзистор).

                4) С небольшим опозданием эти технологии попадут к учёным, позволив относительно дёшево изучать и тот же вакуум Казимира, и другие квантовые эффекты — в том числе и с построением теории сверхпроводимости это может помочь — сейчас же их ищут довольно не эффективно, «методом научного тыка». Когда такую теорию построят — это позволит искать сверхпроводники не проверяя образцы, а в компьютере — если сверхпроводники при комнатной температуре существуют — после этого их быстро найдут.

                Это конечно — возможные пути развития, может — выстрелит, а может — и нет. Но как можно заметить — технологий как минимум 4-ре (я наверняка что-то ещё из перспективного упустил), и что-то — да должно сработать. А дальше — одно в определённой степени «потянет за собой» и несколько смежных областей, пусть — не кардинально, но всё же.
                • +1
                  Для кремния в процессорах разрабатывается сразу две замены — это графен (можно сказать — более консервативный вариант), и квантовый компьютер. Оба варианта позволяют отнести «потолок» производительности на долгие годы (а то — и десятилетия) вперёд. Развитие пока медленное, но это опять же — до первых практических результатов.

                  Ну все равно в случае графена скорость света является сдерживающим фактором. На частоте 3 ГГц любой сигнал сможет пройти максимум 10 см. Не знаю, какие в будущем будут размеры процессора, но при частоте 300 ГГц он не должен быть больше 1 мм для эффективных универсальных вычислений. А это увеличение потенциальное увеличение скорости всего на два порядка (для эмуляции различных белковых процессов, прогнозирования погоды и других нужно больше). А квантовые вычисления, насколько я понимаю, совсем другие.
                  • +1
                    Ну тут еще и в сторону оптики достаточно активно работают, насколько помню. А тут уже перспективы интереснее.
                    • 0
                      Я их тоже имел в виду, когда говорил о скорости сигнала. Все равно больше, чем раз в 100 вряд ли получится увеличить частоту одного процессора.
                      • 0
                        Для квантового компьютера — частота уже будет не столь принципиальна, там с ростом числа кубитов производительность растёт экспоненциально — проще станет добавить пару кубитов, чем наращивать частоту. D-Wave system уже продаёт квантовый компьютер (очень дорогой и используемый из-за этого для пары конкретных задач — что-то напоминает, не так ли?), свой компьютер разрабатывает и Intel.

                        Поэтому в скором времени Quipper основанный на Haskell может стать даже очень популярным языком. Квантовые компьютеры не перекроют все возможные задачи обычных — но значительную их часть. Да — и уже пожалуй пора задумываться о полном переходе с AES на RSA — а не только использовании его в процессе передачи ключей шифрования).
                        • +1
                          • 0
                            Что-то в уме отложилось, что он с эллиптической криптографией связан. Значит получается надо делать что-то новое, и побыстрее: приложений на данный момент — почти нет, а квантовые компьютеры развиваются семимильными шагами. Пока что квантовыми компьютерами заинтересовались только Google и NASA — как заинтересуются кто-то вроде ФСБ или АНБ — можно начинать бояться).
                            • +2
                              > как заинтересуются кто-то вроде ФСБ или АНБ — можно начинать бояться).

                              Что-то сдается мне, там уже все кто надо давно в теме :)
                • –3
                  Это конечно — возможные пути развития, может — выстрелит, а может — и нет. Но как можно заметить — технологий как минимум 4-ре (я наверняка что-то ещё из перспективного упустил), и что-то — да должно сработать. А дальше — одно в определённой степени «потянет за собой» и несколько смежных областей, пусть — не кардинально, но всё же.

                  Именно, 5-ая технология не учтена в обсуждаемой статье. Эта технология — работа Энергии Времени (Энергии процесса самовоспроизводства бытия). При том, что астрономы давно видят следствие работы Энергии Времени, называя наблюдаемый эффект Законом Хаббла: 2,197*10^-18 в секунду = относительная величина линейно наблюдаемого прироста объёма пространства, следовательно, 6,591*10^-18 в секунду = относительная величина реально происходящего прироста объёма пространства, а также реально происходящего равно пропорционального прироста количества Атомных Единиц Массы вещества во вселенной, что опровергает сказку аббата Жоржа Леметра о сотворении всей массы вещества вселенной в одном-единственном эпицентре беспредельной волшебной силы супер существом, приблизительно 14 миллиардов лет назад.
                  В грамме любого вещества = приблизительно 6,02214078*10^23 Атомных Единиц Массы рождается, приблизительно 4 миллиона новых Атомных Единиц Массы в форме новых нейтронов в секунду (нейтрон = одна Атомная Единица Массы). Это ничтожно малая величина, которую напрямую невозможно зарегистрировать современными сверх точными приборами, измеряющими массу. Но это чрезвычайно легко регистрируется в форме общего потока света, излучаемого Солнцем — поток фотонов образуется при разделении свободных нейтронов на протон, электрон и фотон (в разной пропорции разделяющих между собой энергию 782000 электрон-вольт. Более половины вновь рождающихся нейтронов поглощается ядрами некоторых атомов вещества Солнца. Кстати, недра и нашей планеты Земля прирастают в мессе и нагреваются тем же процессом Энергии Времени, что приводит к извержениям вулканов и землетрясениям.
                  • +2
                    О, вам бы в соавторстве с этим господином творить: http://www.belashov.info/otkr.htm
                  • +1
                    Прежде чем строить свою собственную Вселенную, с альтернативными законами с нуля — я настоятельно бы вам посоветовал проконсультироваться с известными учёными, и узнать у них что они думают по этому поводу. И, по моему скромному мнению, вам лучше сконцентрироваться на стихах, физико-математические науки — ну не ваше это.

                    Вы попусту тратите своё время — если бы что-то из ваших «открытий» предсказало какое-нибудь новое физическое явление — это бы уже признали. И это требуется от любого нового физического закона (на звания тут не глядят, если что), поэтому скажем теория струн до сих пор так и «висит в воздухе» — из-за того, что ничего нового она не предсказывает, а за счёт числа её вариантов — её можно «натянуть» на любую Вселенную, и на нашу — в том числе.

                    То что ваши теории не признают — это не «всемирный заговор учёных», и даже не потому, что вы кому-то из них не нравитесь — просто они ошибочны, вот и всё. Хотя видимо вы меня всё равно не послушаете — за столько времени я явно не первый, кто это вам говорит…
                    • –2
                      Уважаемый voyager-1, разве моя модель реальности-вселенной не убила не существующее в действительности беспредельной волшебной силы супер существо, которому аббат Жорж Леметр в 1927 году приказал устроить несколько миллиардов лет назад Большой Взрыв творения из ничто всей вселенной?
                      То есть, моя модель отрицает лженаучный Большой Взрыв, которому поклоняются ортодоксальные физики, космологи, астрофизики.
                      • +2
                        Теории Большого взрыва никто не поклоняется — в начале у неё было весьма мало её сторонников среди учёных. И только после того, как было открыто предсказанное ей реликтовое излучение — её стали признавать. Наука вообще может признавать весьма странные явления — вроде принципа неопределённости (открытого в том же 1927 году). Потому что эти эффекты очень точно согласуются с реальными опытами.

                        К сожалению, ваша теория не объясняет ни реликтового излучения (которое объясняет теория Большого взрыва), ни эффектов «тёмной материи» и «тёмной энергии» (это просто названия — это вполне может оказаться и не материей и энергией вовсе). Наука признаёт теорию только в одном случае — если она согласуется с реальными экспериментами.

                        Теория Большого взрыва объясняет больше явлений, нежели ваша, и больше чем другая из ныне созданных — поэтому она и считается «правильной» на данный момент. Но как только найдут какую-то теорию, объясняющую ещё больше — тогда признают её. От того, что кому-то не нравится сингулярность в момент Большого взрыва — эту теорию не отменят, и не перестанут признавать. Хотите вы этого или нет — так работает наука, в ней нет места эмоциям.
    • +1
      Откуда дни? На графике в статье довольно четко видно, что до ближайших звезд — все-равно годы полета даже по «корабельным» часам.
      Просто потому что прежде чем начнут существенно сказываться релятивистские эффекты нужно будет потратить несколько лет на разгон с приемлемыми для человека ускорениями(причем речь не о кратком воздействии, а постоянном и очень длительном). Именно сам человек тут будет ограничителем, даже если вдруг появятся какие-то принципиально новые двигатели и источники энергии. Но зато вот например что 10 световых лет лететь или скажем 100 — уже будет не особо принципиально если уж разогнаться смогли — разница времени полета с точки зрения экипажа будет лишь на десятки %, а не в 10 раз.

      Ну либо тогда нужно еще кроме фантастических двигателей и источников энергии еще и какую-то НЕХ изобрести которая будет нейтрализовать влияние ускорения на человека и позволит разгоняться с неограниченными ускорениями.
      • 0
        Меня больше занимает вопрос цели полета. С исследовательскими целями можно отправить дрона. Как и с целями переселения нужно сначала будет отправить сотни дронов просто для того, чтобы проверить условия обитания на всех возможных кандидатах.

        Куда более существенная проблема в том, что с т.зр. землян для полета уже чуть дальше альфы Центавра дрон вернется в глубоком будущем.
        • +1
          Меня больше занимает вопрос цели полета.
          Первое — это непосредственное исследование звёзд (у нас как известно — сейчас есть подробные данные только по одному красному карлику спектрального класса G2V), первые проекты ничего другого и не предусматривали — первая экзопланета была открыта только в 1991.

          Сейчас есть возможность одновременно зонд отправить и для исследования похожеё на Землю планеты — это сразу решает три задачи: 1) мы подробно исследуем вторую звезду (даже строящиеся телескопы будут видеть звёзды как 5-10 пикселей); 2) исследуем экзопланету на возможные следы жизни в настоящем или прошлом; 3) исследуем экзопланету на пригодность жизни для людей, и возможные пути её терраформинга — на будущее.
          С исследовательскими целями можно отправить дрона.
          Большинство проектов межзвёздных полётов (Орион, Дедал, Longshot и проект Икар, который кстати — и сейчас находится в разработке международным содружеством) — предполагают отправление для исследований автономного робота. Только проект «Орион» в своём изначальном, монструозном варианте на 40 млн тонн — предполагал отправление людей.
          Как и с целями переселения нужно сначала будет отправить сотни дронов просто для того, чтобы проверить условия обитания на всех возможных кандидатах.
          Кандидатов пока — всего 5-10 штук, со строящимися телескопами — станет где-то теже 5-10, но уже не в общем — а в области 25-40 св. лет от нас. Множество отправить не куда, да и не получится — очень дорого это. А хотя бы один — стоит отправлять уже с текущими возможностями, хотя бы что-бы исследовать межзвёздную среду (Вояджеры — на это были не рассчитаны, на них нет необходимых приборов, и проработают они только до 2025-2030 годов).
          Куда более существенная проблема в том, что с т.зр. землян для полета уже чуть дальше альфы Центавра дрон вернется в глубоком будущем.
          Возвращать — ничего не надо: исследовать будет автомат, а для связи — можно использовать в качестве антенны сопло основного двигателя (так ещё в проекте «Дедал» предлагали, вроде), радиус у него будет несколько десятков метров — вполне достаточно.
      • 0
        Ну либо тогда нужно еще кроме фантастических двигателей и источников энергии еще и какую-то НЕХ изобрести которая будет нейтрализовать влияние ускорения на человека и позволит разгоняться с неограниченными ускорениями.

        Такая штука уже существует в природе. Называется гравитацией. С её помощью можно сообщать человеку сколь угодно большие ускорения и он этого даже не заметит, если не будет следить за своей скоростью.

        Конечно, нужно ещё найти способ такую гравитацию создать в рамках космического корабля. Но в первом приближении можно просто возить с собой тяжёлое и плотное тело. Миниатюрную нейтронную звезду или чёрную дыру создать, например. Энергии на перемещение такой штуки придётся потратить изрядно, правда.
        • 0
          Тут не знают как из легчайших сплавов титана, вольфрама и кобальта создать корабль, который мы с современным уровнем технологии могли бы разогнать. А вы предлагаете целую звезду с собой таскать только для того, чтобы создать комфортные условия для нынешних людей в процессе разгона — это совершенно бесполезно: проще человека генно-модифицировать, чтобы он мог такие нагрузки переносить, чем тратить такую прорву энергии на разгон.

          Тем более уже придумали способ по-реалистичнее — человек помещается в жидкость, лёгкие также заполняются жидкостью, и ускорения практически не ощущаются, и не оказывают пагубного действия (и с человеком ничего делать даже не надо).
  • 0
    >2,28*105 кг, и за эту последнюю секунду выделится 6,84*1021 Дж энергии (около 5*109 тонн в тротиловом эквиваленте).
    Правильно ли я понял, что чёрная дыра весом в 200 тонн взорвётся как 100 кузькиных мам?
    Неожидано скромно.
    • 0
      Спасибо за замечание — в начале хотел килотонны поставить, и напутал в величинах. Реально конечно 5*1012 тонн должно выходить — то есть 100 тысяч бомб. В два раза меньше энергии, которую необходимо затратить на растопление Марсианских шапок кстати. Хотя это конечно чисто умозрительное сравнение — её и невозможно использовать для обоих полюсов одновременно, и доставка к Марсу — невероятно сложное, и практически бессмысленное занятие.
      • 0
        а с массой всё верно? 200 тонн? И какой у неё при этом будет размер?

        >а это значит что на данный момент — они даже не испаряются, а наоборот — растут!
        То есть дыры с температурой ниже «комнатной» не начнут уменьшаться пока сама температура не упадёт?
        Это же ещё пара десятков нулей к их времени жизни.
        • +4
          Масса — действительно маленькая, всего 228 тонн — это из-за потенциального барьера, чем больше масса — тем больший тот барьер, которым приходится преодолевать частицам. Радиус такой дыры при этом составит 3,4*10-24 метра, что в миллиард раз меньше размеров нейтронов и протонов (даже для тела с массой Земли — радиус чёрной дыры составил бы всего 9 мм).
          То есть дыры с температурой ниже «комнатной» не начнут уменьшаться пока сама температура не упадёт?
          Да, их излучение на данный момент составляет меньше число частиц, чем то число которое они поглощают из реликтового излучения.
          Это же ещё пара десятков нулей к их времени жизни.
          В сравнении со временем жизни чёрных дыр — температура реликтового излучения не так уж и медленно падает: с возраста в 379 миллионов лет до текущего — 13,799 миллиарда — температура упала с 3000 K до 2,7 K, то есть в тысячу раз. Для того чтобы стали испаряться дыры с Солнечной массой — необходимо 3 таких «итерации», для самой большой — 6 «итераций».

          С учётом времени жизни таких дыр — время на снижение температуры до такого, когда они начнут испаряться — входит в пределы погрешностей измерений). Тем более на данный момент известно что Вселенная расширяется с ускорением.
          • +2
            вот уж воистину непонятная физика при таких числах, всегда считал что плотность это масса деленная на объем и что черная дыра по сути является самым плотным объектом и никак не мог предположить что при росте массы черной дыры (росте числителя) плотность падает… ничего не понятно :(
            • +2
              Объёмом чёрной дыры считают не объём сигнулярности (ну т.е. самой чёрной дыры), которая по идее равна 0, а объём пространства ограниченного «горизонтом событий», который от массы как раз зависит. В общем и знаменатель и числитель растут вместе.
              P.S. могу ошибаться
              • 0
                Вы правы. Объём чёрной дыры считается из расчёта той области, в которой её масса может захватывать всё, вплоть до фотонов — и не выпускать наружу. Как себя ведёт вещество внутри — доподлинно неизвестно, кто-то предполагает, что вещество в центре должно сжаться до планковской плотности — но не более того, но пока точно сказать ничего нельзя

                Сейчас теории говорят только то, что после коллапса в чёрную дыру у ней должен остаться заряд и вращательный момент (от чего вещество внутри образует нечто вроде «бублика» — предполагается что если провалиться в чёрную дыру, и пролететь через этот «бублик» — можно оказаться в каком-то другом месте или даже — другой Вселенной).
            • +1
              Чего не понятного то, все просто:
              1 — размер(радиус) ЧД зависит линейно от ее массы: увеличилась масса в 10 раз, в 10 раз увеличился ее радиус/диаметр
              2 — объем ЧД зависит от куба (3й степени) от ее радиуса: увеличился в 10 раз радиус, объем увеличился в 1000 раз
              3 — следовательно плотность плотность обратно пропорциональна квадрату массы: увеличение массы в 10 раз, приводит к снижению плотности в 100 раз, т.к. числитель увеличился в 10 раз, но знаменатель одновременно вырос в 1000 раз.

              Это же частный случай банального «эффекта силы куба» — зависимость объема любых объектов от 3й степени их линейных размеров. Который имеет множество не совсем очевидных с «бытовой» точки зрения следствий.
              Например то что средняя мощность выделения тепла в нашем Солнце в процессе термоядерных реакций намного меньше чем в человеческом теле при переваривании съеденной пищи. Из-за того, что объем шара(к примеру звезды) растет как куб радиуса, а площадь его поверхности(сферы) растет как квадрат радиуса, т.е. на порядок медленней. В результате на звездных масштабах имеем очень скромную удельную мощность (на единицу объема), но поверхность при этом оказывается раскалена до ~6500 градусов.
              • 0
                Это как раз тот самый момент когда все не так просто. Поясню свои мысли — обычные объекты(маленькой массы), имеют объем и массу зависящие кубически от радиуса.
                В отношении ЧД есть поправка, и она в статье указана, цитирую:

                ускорение свободного падения (на условной поверхности тела — горизонте событий) становится константой

                Т. е. под размерами ЧД условно принимается горизонт событий, который растет линейно в зависимости от массы ЧД. Т. е. и сама плотность является условной плотностью, а что по факту внутри горизонта событий и каков реальный физический размер ЧД (размер вещества ЧД) никто не знает и какова реальная плотность ЧД тоже никто не знает. Предполагаю что вещество ЧД занимает гораздо меньший объем и имеет огромнейшую плотность.

                В качестве примера — согласитесь, ведь довольно странно было бы вычислять плотность стального шара помещенного внутрь футбольного мяча, принимая за объем стального шара — объем мяча. Более того — если для примера применить условность горизонта событий то зачем измерять плотность стального шарика по радиусу футбольного мяча если можно взять футбольный мяч и поместить его внутрь купола воздушного шара и вычислять условную плотность стального шара по радиусу воздушного шара.

                Простите, надеюсь я понятно объяснил цепочку своих рассуждений :)
                • +1
                  Ну почему странно — если к примеру хотим выяснить будет ли такой мячик с «начинкой» скажем плавать брошенным в воду или же утонет, нам интересна его средняя плотность — выше она 1 или ниже. И не важно как она там распределена внутри. Или при просчете аэродинамики его полета в воздухе.

                  Причем в случае с мячиком в каких-то других случаях она становится важной т.к. эта неоднородность может проявляться и сильно влиять не результат. А вот в случае ЧД — нет, т.к. никакие взаимодействия за горизонт событий не выходят, то для нас (как внешнего наблюдателя) вся ЧД представляет собой не шар, а сферу с определенным ограниченным ею объемом и массой и той самой средней плотностью, которая для нас вполне реальна, не смотря на свою условность и «виртуальность».
          • +1
            Способны ли такие «дыры» питаться? Получается, что гравитация у них маленькая, а размер такой, что она между ядром и електроом может свободно проходить.

            Существует ли отличная от нуля вероятность, что такие малышки существуют сейчас? Они бы нелохо подошли на роль тёмной материи.
            • +1
              Существует ли отличная от нуля вероятность, что такие малышки существуют сейчас?

              Если я правильно я понял, то такие мелкие дыры живут микро-секунды (или даже менее). Слишком быстро испаряются (излучение Хокинга).
            • 0
              Те дыры, которые сейчас испаряются — с учётом современной температуры реликтового излучения в 2,7 К, согласно формуле:
              image имеют верхний предел по массе в 4,5*1022 кг (в два раза больше массы Луны). Дыры с меньшей массой сейчас уже испаряются (хоть и медленно, если масса близка к верхнему пределу), с большей — нет. Для такой дыры радиус Шварцшильда получается около 65 мкм.

              Реально повлиять на чашу весов между накоплением массы/испарением для такой маленькой дыры межзвёздный газ явно не сможет. Только если она каким-то образом успеет залететь в центр звезды — то тогда да, сможет начать «питаться» и вызовет коллапс звезды. И то — это будет не очень быстрый процесс), а все современные наблюдения показывают, что это крайне маловероятное событие (следят за миллиардами звёзд, и ни одного подобного случая не зафиксировано).
              Существует ли отличная от нуля вероятность, что такие малышки существуют сейчас? Они бы нелохо подошли на роль тёмной материи.
              Их довольно интенсивно ищут (для подтверждения существования излучения Хокинга), на сколько знаю — пока ничего не нашли. Поэтому если они и есть, их явно не очень много, на роль тёмной материи предполагались ещё коричневые карлики — их очень сложно засечь с большой дистанции, но по оценкам их тоже слишком мало, чтобы на эту роль претендовать.
  • +1
    имела энергию в 3*10^20 эВ — что составляет примерно 48 джоулей — это в 40 миллионов раз превышает энергию достигаемую в БАК.
    For the Oh-My-God particle, this gives 7.5×10^14 eV, roughly 50 times the collision energy of the Large Hadron Collider.
    en.wikipedia.org/wiki/Oh-My-God_particle

    Откуда такое разночтение, на много порядков?
    • 0
      Большее число — полная энергия частицы. Меньшее — то что пошло непосредственно на реакции прилетевшей частицы с частицами земной атмосферы (большая часть энергии ушла в кинетическую энергию разлетающихся от соударения частиц — попросту на нагрев атмосферы).
  • +1
    на поверхности нейтронной звезды должен весить порядка 100 килограммов
    наверное, с точки зрения физики не совсем корректное сравнение, т.к. вес это сила давления, меряется ньютонам, и зависит от гравитации (т.е., от массы и расстояния до другого тела); в то время как килограммами меряется масса, которая на зависит от массы и расстояния находящейся рядом звезды. Может имелось в виду что «тело на поверхности звезды будет иметь такой же вес, как 100 килограммовое тело на поверхности Земли», или же «на поверхности нейтронной звезды должен весить порядка 1000 ньютонов»?
    • 0
      Вы правы, это — аналогия: сила, с которой такой маленький кусочек вещества будет давить на опору, примерно равно силе с которой на опору давило бы тело в 100 кг в земных условиях.

      Показателей массы даже целых три — пассивная (инвариантная масса — которая зависит только от свойств тела), активная (которая зависит от того гравитационного поля, в котором находится тело) и инертная (которая возникает, когда тело движется с ускорением, и зависит от величины этого ускорения). В данном случае использовалась активная масса (учитывающая гравитацию на поверхности нейтронной звезды).
  • 0
    Объясните мне про замедление времени! Оно замедляется только ведь для летящего? Оно даже не то, что замедляется, а просто свет начинает нас «догонять». Мы видим уже произошедшую информацию не сразу, потому что свету еще нужно догнать нас. Я ведь правильно это понял?
    • +1
      Для «летящего» — время замедляется во всех смыслах (начиная от стрелок механических часов, заканчивая химическими реакциями и всеми физическими явлениями — это для стороннего наблюдателя, для «летящего» — всё кажется таким, как было и до того, как он начал разгоняться).

      Кроме замедления времени есть ещё пара более сложных в понимании процессов — это сокращение длины движущегося тела (в направлении движения — в перпендикулярном направлении всё остаётся прежним), и у тела начинает расти масса (именно в этом причина того, что скорость света невозможно достичь — при приближении к скорости света любое тело имеющее массу становится всё тяжелее и тяжелее, и энергия для ускорения тела стремится к бесконечности).

      К замедлению времени также может приводить нахождение в гравитационном поле тяжёлого тела — для Земли это однако незначительная величина (эту величину я приводил в прошлой статье). Для спутников Глонас и GPS нужны столь точные измерения времени — что оба эффекта (и от замедления времени от ≈ 8 км/с орбитальной скорости, и от ускорения времени от выхода из «гравитационного колодца» Земли) имеют значения, и их приходится учитывать.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.