Может ли существовать тороидальная планета?

http://www.aleph.se/andart/archives/2014/02/torusearth.html
  • Перевод
image

После публикации моей статьи о том, какой была бы Земля, будь она в два раза больше, у читателей появился вопрос: «А что насчёт тороидальной Земли»? Вопрос не самый оригинальный, эту тему уже обсуждали в онлайне и проводили её моделирование. Но я люблю всё делать сам, так что я попытался провести свой собственный анализ.

Может ли существовать тороидальная планета?


Стабильность тороидальной планеты неочевидна. С практической точки зрения планеты можно рассматривать как жидкие шарики без поверхностного натяжения – прочность камня не сравнить с весом планеты. Они обладают эквипотенциальными гравитационными поверхностями с учётом центробежного потенциала. Если бы это было не так, то на них встречались бы места, которые могли бы уменьшить свою энергию перетеканием в сторону понижения потенциала. Ещё один очевидный факт – существование верхней границы скорости вращения, после которой планета развалится: центробежная сила на экваторе превышает гравитацию и материал улетает в космос.

Равновесные формы вращающихся эллипсоидных планет, удерживающихся силой собственной гравитации, были всесторонне проанализированы. Началось всё с Ньютона, тогда же были проведены ранние героические экспедиции для установления формы Земли, Маклорен продолжил его дело, Якоби открыл, что при больших скоростях вращения эллипсоиды с неравными осями оказываются устойчивее сплющенных эллипсоидов Маклорена. Субраманьян Чандрасекар вёл интересные разработки в этой области. Но с тех пор появились компьютеры, и поэтому были проведены аналитические и численные подсчёты более сложных или релятивистских случаев.

Тем же образом были проанализированы равновесные формы вращающихся тороидов – это делали Пуанкаре, Софья Ковалевская, и Фрэнк Дайсон (Dyson 1893, Dyson 1893b). По крайней мере, в теории, можно раскрутить эллипсоидную планету до состояния кольца, хотя существует множество возможностей возникновения колебаний, дестабилизирующих систему, после чего происходит прыжок в кольцевое состояние.

Кольцо может быть нестабильным, в частности, из-за «узловой» нестабильности — всё большее количество массы может аккумулироваться в определённых меридианах, в результате чего произойдёт разрыв на несколько отдельных масс. Дайсон проанализировал этот случай, и обнаружил, что он имеет значение, когда R (расстояние от центра тора до центра трубы) превышает r (радиус трубы) более чем в три раза – то есть, тонкие обручи оказываются нестабильными. Существует также меньшая скорость вращения, при которой кольцо становится нестабильным и приливные силы сжимают его в эллипсоид. Так что общая масса и угловой момент должны быть правильно заданы с самого начала.

Судя по всему, законы физики не запрещают появление тороидальных планет. Просто вероятность их возникновения чрезвычайно мала, и такая планета, скорее всего, окажется нестабильной на геологических масштабах времени из-за внешних возмущений. Так что, если мы предположим, что она уже есть, возможно, из-за действий продвинутой цивилизации, эстетика которой сильнее разума – каковы будут её свойства?

Направления


Будем называть две окружности, параллельных плоскости вращения, экваторами (внешним и внутренним). В случае, когда принципиальной разницы между ними для обсуждаемой темы не будет, я буду называть их просто экватором. Полюсами будут круги, наиболее удалённые от экваториальной плоскости.

Направление к центру будет обозначать направление к оси вращения, к ободу – от оси вращения. К плоскости – по направлению к экваториальной плоскости. Север – в сторону ближайшей части северного полюсного круга, юг – в сторону ближайшей части южного полюсного круга.

Гравитация тороида


Как работает гравитация на тороидальной планете?

В случае очень большого R тороидальная планета, по сути, становится цилиндрической. В этом случае гравитация убывает как 1/r, где r – расстояние от оси. Воздействие на любую секцию будет пропорционально общей массе (пропорциональной R) и гравитации (пропорциональной 1/R), так что общая сила останется постоянной с увеличением R. Её сбалансирует определённое вращение. Поверхностная гравитация 2G rho/r, где rho – масса на единицу длины. Так что пока поверхностная гравитация будет достаточно большой (с малым r) эта сила преодолеет центробежное ускорение и ничего не будет улетать прочь. Но для тора с малым радиусом всё гораздо сложнее.

Я решил использовать метод Монте-Карло для оценки равновесной формы. Начав с общей массы планеты и углового момента, я распределил множество массивных, бесконечно тонких колец (потенциал взял из этого упражнения – хорошо, что в классической физике электрический и гравитационный потенциал одинаковы). Я подсчитал их общий потенциал и добавил центробежный. Это позволяет провести аппроксимацию эквипотенциальных поверхностей и «заполнять» потенциал ближе к центру тора всё большим количеством колец, до тех пор, пока их масса не станет соответствовать массе планеты. Я пересчитал угловую скорость на основе нового распределения масс. Затем повторял процесс до тех пор, пока либо планета разлетается, либо сжимается в шар, либо проходит достаточно много итераций. Это не самый элегантный метод (в литературе используется разложение в ряд тороидальных гармоник), но мне его было достаточно.

Основной результат – тороидальная планета реалистично допускает достаточно большие массу и угловой момент. Сечение получается ни круглым, ни эллиптическим, а напоминает яйцо, с немного более острой внутренней кривизной, чем снаружи.

Почему планета не сплющивается в диск? Вращение пытается расплющить планету, но ему приходится работать против местной гравитации, которая пытается сжать её в шар (или цилиндр).

Хотя в моей симуляции такие планеты оказались стабильными, разброс допустимых значений был невысок: большая часть комбинаций массы и углового момента были нестабильными. Я не анализировал сложный вопрос узловой нестабильности.

Рассмотрю здесь пухленький тороид массой равной массе Земли и небольшим центральным отверстием («Пончик»), а также более широкий, обручеподобный тороид массой с 6 земных, но более приближенной к земной гравитацией («Обруч»).

Пончик



Рис. 1: локальное гравитационное ускорение (м/с2) вокруг Пончика, испытываемое объектом, вращающимся с ним совместно

Внутренний экватор Пончика отстоит от центра на 1305 км, а внешний – на 10663 км. Диаметр экватора – 9328 км.

Планета простирается на расстояние в 1953 от экваториальной плоскости, и диаметр с севера на юг равен 3906 км. Соотношение диаметров равно 2,4.

Окружность с севера на юг равна 21587 км (0,54 земной), а с запада на восток – 66809 км (1.7 земной). Общая площадь – 8,2 х 108 км2 (1,6 земной). Общий объём = 1,1 х 1012 км3, отличается от земной не более, чем на 1% (всё-таки Пончик был выбран как планета земной массы). Отношение объёма к площади – 1300, 61% от Земной – на единицу объёма площади больше.

День длится 2,84 часа.

Обруч



Рис. 2: локальное гравитационное ускорение (м/с2) вокруг Обруча, испытываемое объектом, вращающимся с ним совместно

Внутренний экватор Обруча отстоит от центра на 8633 км, а внешний – на 19937 км. Диаметр экватора 11304 км.

Планета простирается от экваториальной плоскости на 4070 км, диаметр с севера на юг – 8141 км. Соотношение сторон сечения примерно равно 4:3, как у старых мониторов. Радиус круга центра масс 14294 км.

Окружность с севера на юг 30794 км (0,77 земной), а с запада на восток – 125270 (3,1 земной). Общая площадь 2,5 х 109 км2, в 4,9 раз больше земной, а общий объём 6,5 х 1012 км3, в 6 раз больше земного. Соотношение объёма к площади = 150, 70% от земного.

День длится 3,53 часа.

Окружающая среда


На что похожа жизнь на тороидальной Земле?

Гравитация


Поверхностная гравитация зависит от местоположения. Самая слабая она вдоль внутреннего и внешнего экваторов, и самая сильная – рядом с полюсами, немного по направлению к центру. Это одно из основных различий.

Пончик



Рис. 3: гравитация на поверхности Пончика (м/с2)

На Пончике гравитация вдоль экваторов составляет всего 0,3 G, и 0,65 G вдоль полюсов. Скорость убегания не слишком отличается от Земной, и равна 11,4 км/с.

Геосинхронная орбита вокруг Пончика очень близка к внешнему экватору, менее 2000 км. Летающий по ней спутник будет оставаться над одним местом, но, в отличие от Земли, он не сможет покрывать передачами всё полушарие, только небольшой район.

С другой стороны, окружная скорость на экваторе равна 6,5 км/с, и запуски проводить проще. Ракете, запущенной на восток, требуется скорость всего в 4,9 км/с, чтобы убежать.

В середине отверстия существует нестабильная точка Лагранжа. Спутник там будет притягиваться к экваториальной плоскости, но любое отклонение от неё будет усиливаться.

Обруч



Рис. 4: поверхностная гравитация (м/с2) Обруча

У Обруча гравитация вдоль полюсов равна 1,1 G, а вдоль внешнего экватора – всего 0,75 G. На внутреннем экваторе она чуть побольше, порядка 0,81 G.

Скорость убегания – 19 км/с (вспомним, что планета весит в 6 раз больше Земли). На внешнем экваторе скорость убегания равна 9,9 км/с – ракете, запущенной на восток, нужно будет придать скорость в 10 км/с.

Ещё раз отмечу, что низкая гравитация на экваторе и высокая на полюсах не означает, что вещи будут скатываться или переползать к полюсам: как уже упоминалось, поверхность будет эквипотенциальной, поэтому гравитация совместно с центробежной коррекцией всегда будет к ней перпендикулярна.

Воздушные массы, текущие к полюсам, будут сплющиваться. Разница в гравитациях создаст горизонтальную разницу давлений, которая будет, действуя совместно с температурной разницей, создавать нетривиальные потоки.

Свет


Ночи и дни на таких мирах будут очень короткими. У окружающей среды не будет времени остыть или разогреться во время ежедневных циклов. Имеет значение разница в количестве света, получаемого во время более длинных периодов, то есть, сезонов. Если эти миры будут двигаться по орбите, схожей с земной, вокруг солнцеподобной звезды, это будет иметь значение.

Если орбита будет меньше, приливные силы довольно скоро сделают эти планеты нестабильными. Поскольку яркость звезды растёт примерно как четвёртая степень её массы, а радиус жилой зоны растёт, как квадратный корень яркости, то в жилой зоне масштаб приливных сил будет равен M/(√(M4))3=1/M5. То есть у ярких звёзд приливные эффекты будут куда как меньшими – возможно, Пончику и Обручу лучше вращаться вокруг бело-голубой звезды класса F, а не вокруг звезды класса G, как наше Солнце, просто на всякий случай.

Внешняя часть тороидальной планеты не слишком отличается от поверхности нормальной эллипсоидной. День настаёт, когда солнце встаёт над восточным горизонтом, а закат происходит над западным. Солнце проходит по большому кругу, медленно сдвигающемуся с севера на юг и обратно в течение года, что обеспечивает наличие сезонов. Однако на внутренней стороне планеты всё по-другому. Другие части планеты могут закрывать солнце – в первом приближении можно ожидать получения меньшей энергии.

Мы можем рассмотреть три различных случая: нулевой наклон оси, 23 градуса (как у Земли) и 45 градусов.

Нулевой наклон


При нулевом наклоне внутренняя сторона солнца не увидит: оно всегда будет спрятано за горизонтом или за мировой аркой. На полюсах солнце движется вдоль горизонта, а чуть ближе к центру всегда будут сумерки. Температурные различия будут большими, внутренняя часть планеты будет подвержена субарктическим температурам – это не сильно отличается от мира с синхронным вращением, и в принципе в этих местах вода (и, возможно, диоксид углерода) должны быть всегда сконденсированы. В результате на внешнем экваторе должны быть засушливые (возможно, не слишком жаркие места), возможно, обитаемые сумеречные околополюсные регионы, и заледенелая внутренняя часть.

Наклон в 23 градуса



Рис. 5: сезоны на Пончике весной, летом, осенью и зимой

Для наклона в 23 градуса, совпадающего с земным, весна и осень будут совпадать с нулевым наклоном – светло вдоль экватора и темно внутри, рядом с отверстием. Летом и зимой у солнца будет шанс проникать за обод, на противоположную сторону отверстия. Также будут существовать большие участки с солнцем в полночь или с вечной ночью летом или зимой. На Земле полярные регионы небольшие, но здесь они будут представлять собой длинные непрерывные круги.

Весенние рассветы и осенние сумерки на внутренней стороне должны давать удивительные глубокие цвета, поскольку солнце будет вставать сквозь атмосферу на другой стороне планеты (предварительно взошедшее или заходящее, если можно так выразиться). Всё это вместе с местными атмосферными оптическими эффектами даст очень глубокие красные цвета и градиенты. Сразу до или после заката или рассвета будут видны части солнечной короны.

Это зрелище было бы более впечатляющим, если бы не было таким коротким. На Земле солнце проходит порядка 15° в час. В самом быстром случае солнце проходит один свой диаметр за 2,1 мин. На Пончике солнце будет проходить 127° в час, а на Обруче — 102°. Восход и закат будут занимать 15 или 19 секунд соответственно. Наклонный угол и атмосферные задержки немного продлят зрелище, но для жителя земли оно будет слишком коротким.

Если вы будете стоять на внутренней стороне поверхности и смотреть вверх, то другая сторона будет занимать 20 градусов неба на Обруче и 30 градусов на Пончике – огромная арка через всё небо.

Почему Пончик не сильно шире? Он очень плоский, поэтому в небе выглядит укороченным. Это, кстати, значит, что при рефракции солнечного света через атмосферу другой стороны во время рассвета или заката красные цвета будут гораздо глубже, чем на Обруче.

Внутри освещённая противоположная часть тора будет освещать всё на манер лунного света. Но площадь поверхности будет больше, поэтому ночи будут гораздо ярче. На Обруче свет будет в 16000 раз сильнее Земного (8000 люкс), когда освещена вся противоположная часть (альбедо примем равным Земному), и ночь будет подобна облачному дню. На Пончике освещение будет достигать неяркого дневного (12000 люкс). Но это ситуация полностью освещённой противоположной стороны – во время равноденствия будет видна только тонкая полоска.


Рис. 6: средняя освещённость за день на Пончике во время весны, лета, осени и зимы для случая с уклоном в 23 градуса

В случае с Пончиком довольно плоская поверхность означает, что северное или южное полушарие (полуторие) получат много солнечного света. Общий разогрев планеты будет большим во время этих сезонов, чем во время весны и осени, в отличие от Земли, где он постоянный, поскольку остаётся постоянной получающая свет площадь. Также будут наблюдаться нетривиальные эффекты из-за углов между поверхностью и солнечным светом, и зоны умеренного климата будут получать немного меньше энергии, чем полярные регионы и тропики.

На внешних тропиках будет примерно одинаковый приток солнечной энергии. По направлению к полюсам сезонность ощущается сильнее: тропики летом получают больше энергии, чем экватор в любое время. Зимы будут настолько же темнее. На полюсах и за ними, на внутренней стороне в местах с максимальной гравитацией солнце будет видно по полгода, а затем будет полярная ночь. Тут климат будет резко меняться – на внешних тропиках хотя бы будут ночи по 1,5 часа, а здесь они будут длиться по 6 месяцев. Наконец, ближе к внутреннему экватору рядом с отверстием, день и ночь будут равны зимой (и ещё добавится свет, отражённый другой стороной), поэтому температура будет чуть повыше.


Рис. 7: средняя освещённость во время разных сезонов на Пончике, как функция от широты в случае с 23 градусами. 0 обозначает внешний экватор, 90 – северный полюс, 180 – внутренний экватор, 270 – южный полюс.

Большое различие в объеме энергии, получаемой на солнечной летней стороне отверстия и на тёмной зимней стороне отверстия приведёт к появлению сильной непогоды – но из-за других странностей этих миров уравнять разницы энергий будет тяжелее, чем на Земле.

В среднем экваториальная внешняя часть будет получать в 2,5 раза больше энергии, чем полярные части, а внутренняя часть будет получать в четыре раза меньше энергии, чем прилегающие районы.


Рис. 8: энергия на разных широтах Пончика

Обруч отбрасывает на себя меньше тени. Что более важно, он не такой плоский, как Пончик.


Рис. 9: среднее освещение во время дня на Обруче, 23 градуса


Рис. 10: среднее освещение во время разных сезонов на Обруче, как функция от широты в случае с 23 градусами. 0 обозначает внешний экватор, 90 – северный полюс, 180 – внутренний экватор, 270 – южный полюс.

На первый взгляд сезоны выглядят ожидаемо. Весной и осенью внутренние части будут скрыты в тени, летом и зимой один полярный регион освещён сильнее, а другой слабее, а внутренние части получат своё освещение. Это приведёт к наличию сезонного цикла во внутренней части планеты, идущего в два раза быстрее, чем на внешней (это будет так и на Пончике): тёплая погода будет в «июле» и в «январе».


Рис. 11: получаемая в течение года энергия на разных широтах Обруча

По сравнению с Пончиком это будет неинтуитивно – внутренний экватор получает больше света в течение года, чем полярные области. Можно ожидать, что климат будет напоминать Земной – полярные регионы холоднее, экваториальные теплее. Но на внешнем экваторе солнца всё равно будет больше на 60%.

Наклон в 45 градусов


Возможно, самое удивительное открытие ждёт нас при наклоне на достаточно большой градус – оказывается, что в этом случае на планете появятся четыре холодных и четыре горячих зоны!

Проще всего представить это, подумав о сферической планете с осью, наклонённой на 90 градусов – такой, как Уран. Полгода северный полюс повёрнут к солнцу, и большая часть полушария постоянно освещена. С приближением равноденствия ось начинает смотреть вбок, и планета освещается равномерно. Конечный результат – полюса нагреваются больше экватора. На тороидальном мире будет происходить то же самое, но полярные регионы там будут круговыми.


Рис. 12: энергия, получаемая в течение года на разных широтах Обруча в случае наклона 45 градусов

У Обруча разница будет не такой большой, порядка 10% общего освещения. Внешний экватор немного теплее полярных регионов и внутреннего экватора.

У Пончика разница побольше, но на практике на большей части поверхности преобладают средне тёплые полярные регионы. Внешний экватор лишь немного теплее соседних с ним температурных зон.

Геосфера


Площадь поверхности больше Земной, а отношение объёма к площади меньше (у пончика это 1300 км, у Обруча 1500 км, у Земли – 2124 км). В связи с этим можно ожидать, что наружу будет просачиваться больше термальной энергии, в результате чего вулканическая и тектоническая активности будут не такими сильными. Однако даже небольшое количество приливного разогрева из-за влияния солнца может освободить довольно много энергии углового момента. В случае Обруча внутри планеты будет в 6 раз больше радиоизотопов, чем на Земле, но лишь в 5 раз больше поверхности.

На дрейф континентов будет влиять разница внешнего и внутреннего радиусов. Круг, расположенный на r ближе к центру от круга радиуса R будет короче на 2 π r км, и относительное изменение будет выражаться через r/R. Поэтому на обруче континентальной плите, движушейся с внешнего экватора через полюс ко внутреннему, необходимо будет сжаться до 43% от первоначального размера. На Пончике эффект ещё больше – она сожмётся до 12% от размера! Поэтому континентальные плиты, двигающиеся к центру, будут складываться, а плиты, двигающиеся к окраине, будут раскалываться. Так что ближе к внутреннему экватору ландшафт будет очень пересечённый.

Гравитация влияет на высоту гор. Разница между Обручем и Землёй будет небольшой, но на Пончике горы на полюсах могут быть в 1,5 раза больше (до 12 км), а рядом с экваторами в 3 раза больше (24 км). Если учесть общую морщинистость поверхности рядом с дыркой, то ландшафт может быть весьма впечатляющим.

Быстрое вращение приведёт к появлению сильного магнитного поля. Но в отличие от Земли, тут в полярных регионах северного сияния не будет, поскольку линии полей не будут пересекать поверхность. Подсчёт динамо-токов тороида может быть интересным, но это не мой уровень.

Атмосфера


Мы обнаружили, что освещённость будет меняться гораздо быстрее, поэтому на планете должны быть довольно сильные ветра, передающие тепло от горячих освещённых областей в холодные и тёмные. Но быстрое вращение означает, что сила Кориолиса будет оказывать существенное влияние на ветра и течения.

Сила Кориолиса заставляет воздух, двигающийся к или от оси вращения, загибаться, поскольку его скорость отличается от скорости поверхности. Участок воздуха, «покоящийся» близ экватора, на самом деле обладает большим импульсом, поскольку экватор быстро движется вокруг оси вращения: если этот воздух потечёт к полюсу, у него будет заметная скорость, направленная на запад или восток. Поэтому общие воздушные потоки не ограничиваются простой конвекцией от экватора к полюсам: при передаче тепла воздухом он, двигаясь к полюсу, закручивается и рождает пассаты.

На тороидальных мирах скорость вращения в 8 раз превышает земную, и разницы в скоростях больше. Воздух закручивается гораздо сильнее, создавая более узкие климатические зоны, чем на Земле. Насколько они будут узкие, сказать трудно, не проводя детальных атмосферных подсчётов, но это больше будет похоже на Юпитер, чем на Землю. Это означает, что передача тепла будет менее эффективной – температурные различия между горячими и холодными областями будут больше.

Скорее всего, там будет существовать внутритропическая зона конвергенции (Intertropical Convergence Zone, ITCZ) вокруг внешнего экватора, где ветра, сходящиеся с севера и юга, будут дуть на запад (пассаты), а тёплый воздух будет подниматься, двигаться по направлению от экватора, охлаждаться и спускаться на высоких или низких широтах (где должны существовать большие пустыни). Ощутимая сезонность, особенно на Пончике, сдвинет ITCZ на север и юг, что в некоторых регионах приведёт к появлению муссонов. Однако быстрое вращение сделает ячейку Хэдли тоньше, чем 30 градусов на Земле (насколько тоньше, довольно сложно оценить, поскольку это ещё зависит от меняющейся от широты гравитации).

Большое изменение температур на коротких расстояниях говорит о наличии жёстких погодных условий, хотя довольно сложно понять, какими именно они будут. Особенно ближе к дырке на Пончике сезонная погода будет очень дикой: тёплый воздух с освещённой стороны будет течь через неё, закручиваясь в большую воронку, и его будет балансировать холодный ветер с тёмной стороны, циркулирующий в противоположном направлении.

Высотные масштабы, падение давления с высотой, пропорционально гравитации. Поэтому на Пончике облака будут в 1,5-3 раза выше, чем земные, а на Обруче не будут особенно отличаться от земных.

Как и на Земле, на средних широтах смогут образовываться циклоны. Большее влияние силы Кориолиса приведёт к появлению более плотных ураганов – примерно в четыре раза меньше. Однако на Пончике они будут длиться дольше (поскольку большая шкала высоты даёт им больше воздуха для развития). Скорости ветра зависят от температурных различий между поверхностью океана и верхней частью атмосферы, которые в течение года могут сильно меняться.

Гидросфера


Количество воды на обоих мирах не сильно отличается от земного, хотя на Обруче, с массой в 6 раз больше, площадь будет всего в 5 раз больше, поэтому объём воды на нём будет на 20% больше из-за изначальной аккреции (поэтому при той же площади океаны будут глубже на 20%). Увеличенная масса может привлекать больше комет, но сложно оценить, насколько именно.

Большие сезонные колебания температуры будут более выражены дальше от океанов: континенты у полюсов будут обладать более экстремальной погодой, чем на экваторе. Их способность поддерживать полярные шапки во время полярного лета зависит от их конфигурации и фоновой температуры; поскольку лёд эффективно отражает солнечные лучи, а сила Кориолиса может удерживать эти области от разогрева, то наличие таких шапок вполне вероятно. То же можно сказать и о морском льде, хотя тут могут появляться тёплые морские течения. Поскольку течение воды в океане ограничивается формой бассейна, сила Кориолиса просто будет обеспечивать круговое вращение, и не будет предотвращать потоки с севера на юг. Большие океаны, типа Тихого, будут больше растянуты с запада на восток.

Низкая гравитация рядом с экватором приведёт к появлению высоких волн на Пончике: можно ожидать, что они будут в три раза больше земных. На полюсах Пончика волны будут достигать 150% от земных. Обруч будет ближе к привычным волнам (133% на экваторе, 90% на полюсах). Плохая погода в период лета и зимы ближе к центру Пончика приведёт к появлению гигантских штормовых волн.

Биосфера


Исходя из этих соображений можно представить наличие на Пончике и Обруче биосферы, довольно похожей на земную. На Земле существа неплохо адаптировались к штормам, плохой погоде, длинным зимам. Экосистемы могут интересным образом меняться в зависимости от широты, поскольку различий между поясами там больше, чем на Земле (гравитация, сезонность, температуры). Также, по крайней мере на Обруче, у каждого пояса будет гораздо больше площадь – больше места для разнообразия видов в каждой экологической нише.

Луны


Смогут ли эти миры удерживать луны?

Луна, обращающаяся в плоскости экватора по круговой орбите около тороида, не будет ощущать отличий от круглой планеты. Однако при приобретении эксцентричности всё будет усложняться. Потенциальное поле при приближении к планете падает медленнее, чем 1/r, как у нормальных планет: эллипс Кеплера уже не подойдёт в качестве решения. С наклоном орбиты система становится ещё более сложной – теперь луна будет чувствовать уплощённость планеты.

В каком-то смысле с похожей проблемой уже сталкиваются разработчики спутников: Земля достаточно сплющена у полюсов, чтобы это было заметно. Эту проблему решали на ранних стадиях космических полётов (Wikipedia, (Tremaine & Yavetz 2013) or (Nielsen, Goodwin,& Mersman 1958)).

По сути, эллиптическая орбита подвержена прецессии – постепенно меняет направление, и в случае с Землёй это зависит от наклона орбиты. Эксцентричность тоже может плавать. В любом случае для тороида эти эффекты будут выражены ярче. Они будут настолько сильными, что стандартные методы расчётов уже не работают, и нам придётся проводить компьютерные симуляции.

Уверен, что луны на достаточно удалённых круговых орбитах будут вести себя достаточно стабильно. Скорее всего, они будут подвержены прецессии, поэтому их орбита будет больше похожа на розетку, чем на эллипс, но с катушек слетать они не будут. Конечно, если орбита луны ближе, всё будет по-другому.

В симуляции (я использовал не полный тор, а кольцо из 30 масс) мне открылось несколько возможностей. Экваториальная эллиптическая орбита выглядит аккуратной и стабильной, но прецессия превращает её в розетку.



Околополярная орбита прецессирует ещё больше, появляется не только розетка, но и прецессия плоскости. Луна на небе может появиться в любом созвездии.



Что насчёт орбит, проходящих через дырку? Как я уже отмечал ранее, геометрический центр – нестабильная точка Лагранжа. Если там расположить луну, то любой удар выбьет её оттуда. Но существуют стабильно выглядящие орбиты через центр (точнее, при любом воздействии они превратятся в другую похожую по форме орбиту). Простейший вариант – луна, болтающаяся туда и сюда через дырку, как маятник:



Можно представить луну, пролетающую на определённой долготе:



С приобретением скорости по долготе она будет перемещаться в дырке:



Что насчёт траекторий, проходящих через дырку в одном направлении? Оказалось, существует довольно много орбит-восьмёрок, рисующих большой тороидальный клубок.





Обратите внимание, что орбита немного вытянута. С «апогея», над внешним экватором, она проходит через дырку, появляется на обратной стороне, где испытывает перигей в точке, противоположной начальной. Затем она вновь проходит через дырку, и выходит рядом с тем местом, где начала движение – но прецессия закручивает её по тору.

Эти симуляции стоит воспринимать как первичные черновики – реальные вычисления требуют большей точностью. Моей численной точности не хватает для того, чтобы оценить долговременную стабильность. Гравитационные поля Пончика и Обруча выглядят ещё сложнее из-за их сплющенности, а ещё свой вклад будут вносить солнце и другие планеты.

Приливные силы


Приливные силы – это проблема. Представьте себе луну, движущуюся вокруг тороида. За ней образуются вздутие воды и камня. Быстрое вращение будет толкать вздутие вперёд луны (если луна движется в направлении вращения планеты и находится над геостационарной орбитой). Притяжение вздутия будет само тащить луну вперёд, придавая ей ускорение – и в космосе это заставляет луне двигаться по более высокой орбите. Именно так Луна переняла достаточно много углового момента Земли, замедлила её вращение и отдалилась от неё. В случае быстрого вращения, как у наших тороидов, эффект будет заметнее: луны будут улетать от планеты и, вероятно, теряться.

Что будет с лунами, находящимися близко, ниже геостационарной орбиты? Они будут двигаться быстрее вздутия, которое будет их замедлять. Орбита будет понижаться. Вскоре они по спирали опустятся вниз и превратятся в гигантские метеоры. То же случится с лунами, движущимися в противоположном направлении. Конечно, если луна будет достаточно большой, приливные силы могут разорвать её и превратить в кольцо.

Более широкие орбиты, проходящие через дырку, скорее всего, будут терять стабильность. Орбиты-маятники будут приобретать угловой момент из-за вздутия, и луна будет двигаться быстрее и быстрее, пока не улетит от планеты, или не упадёт. Некоторые орбиты-восьмёрки могут войти в резонанс и в равных долях приобретать и терять энергию, но их будет подстерегать сходная проблема. Так что, скорее всего, у тороидов не будет по-настоящему экзотических лун. Однако никто не запрещает запускать искусственные спутники с поддержкой орбит. Орбиты-маятники могут пригодиться спутникам связи на внутренней поверхности тора.

Итог


Тороидальные миры вряд ли появятся естественным образом. Но если появятся, это будут удивительные места для поиска приключений. Большая площадь поверхности. Регионы с сильно отличающимся климатом, сезонами, гравитацией и экосистемами. Удивительное небо на внутренней стороне. Необузданная погода. Луны на странных орбитах.

Хорошо бы научиться создавать их не только в симуляциях.

Андерс Сандберг — исследователь, участник научных дебатов, футуролог, трансгуманист и писатель. Он получил степень доктора философии в вычислительной нейробиологии в Стокгольмском университете, и в настоящее время является научным сотрудником Исследовательского общества Джеймса Мартина в Институте будущего человечества при Оксфордском университете.
Поделиться публикацией
Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

Зачем оно вам?
Реклама
Комментарии 222
  • +19
    Мне бы столько свободного времени…
    • +1
      Где нить на просторах сети есть рендеры картинок тороидального мира? было бы интересно.
      • 0
        Гуглите по названию Stanford torus (Стенфордский тор). Кадры с такой станцией были в конце фильма «Интерстеллар», ну и конечно тут нельзя культовую «Космическую одиссею 2001 года» не упомянуть (хотя там конечно только станция была, а не целая космическая колония).
        • 0

          Так там с внутренних стенок живут. А с внешних?

          • 0
            Для этого масса тора должна быть больше земной массы в несколько раз, иначе у вас весь воздух с этого «бублика» в космос утечёт: у тора притяжение само по себе меньше получается + кроме 1 км/с скорости разогретых частиц в верхней атмосфере у вас есть ещё несколько км/с от вращения (при земных 1G гравитации 2-3 км/с скорости частиц атмосферы уже должно хватить для того чтобы лишиться всей атмосферы за несколько млн лет насколько помню).

            Так что выбирать получается придётся что-нибудь одно: или можно лёгкий доступ в космос, или можно дышать воздухом, физику тут к сожалению не обманешь).
            • 0
              В статье как раз возможность этого и обсуждается.
              • 0

                Не очень представляю формирование планеты с полостью внутри бублика. Так что скорее усложнённый космос, если говорить о планете.

                • 0
                  2-3 км/с не улетят с Земли. Но какой-то очень малый процент молекул действительно достигнет первой космической и останутся летать на большой высоте, а ещё меньший процент из них — достигнет 2й космической или хотя бы будут способны просочиться в область превышения гравитации Луны на земной.
            • +2
            • 0
              Можно даже целую серию фантастики выпустить )
              На тему герой на такой платете )
              • +2
                Мир-кольцо уже есть
                • 0
                  Это не то кольцо. Мир-кольцо немножко побольше. На несколько порядков.
                • +1
                  Лари Нивен, серия книг «Мир кольцо» — добро пожаловать!
                • +2
                  Ну что, будет в KSP запуск спутника с такой планеты?
                  • +1
                    В КСП невозможно поставить неточечную гравитирующую массу. Также в ксп нет задачи трех тел, делая невозможным приближение через много точек.
                    • 0
                      Простите, но ваши сведения неточны: для KSP есть мод Principia, который как раз добавляет туда задачу N тел, а также сохранение углового момента, переделывает интеграторы и вообще. :) (Я всё никак не соберусь полетать с ним...)
                      • 0
                        Спасибо, не знал, надо посмотреть
                  • 0
                    Тороидальная планета, когда-то обсуждали на fai, тут выжимка тех обсуждений.
                    • +1

                      а два сцепленных бублика могут существовать?

                      • +19
                        Пожалуйста:
                        image
                        • 0
                          Образование одного внутри другого — ещё как-то можно представить (теоретически, если образующие их астероидные поля будут вращаться с разными частотами, что маловероятно в реальности). Два сцепленных — нет, просто все мелкие астероиды которые образуют вращающийся шар пересталкиваются между собой ещё до того как сформируют «бублики».

                          И даже если их искусственно в таком виде создать — они столкнуться и разрушатся, так как центры масс обоих этих «бубликов» будут пытаться за счёт гравитационного притяжения занять центры масс друг друга.
                          • +1
                            Ну, можно всю эту конструкцию закрутить относительно общей оси, чтобы их центробежная сила растаскивала в стороны с силой достаточной для компенсации взаимного притяжения. Но, конечно, долго не продержится, да и разрушаться будут.
                        • +18

                          Так как тор гомеоморфен шару с ручкой, а тоннель под Ла-Маншем — дырка в ручке, наша Земля — один из примеров тороидальной планеты.

                          • 0
                            Я бы сказал, что наша земля — космический чайник, несущийся в неизвестность сквозь время и пространство)
                            • 0
                              Увы, эта логика работает только в том случае, если тоннель под Ла-Маншем — единственный на планете.
                            • +1

                              Мир-Кольцо было, теперь Мир-Бублик!

                              • +3
                                Вот ты какой, плоский мир Discworld…
                                • 0
                                  Интересно, как самолеты будут летать над тороидом. Особенно, через дырку.
                                  • +5
                                    В центре дырки не воздуха. Как обычные самолеты
                                    • 0
                                      Допустим, воздуха там нет. Но они могут, разогнавшись, проскочить через неё, не летя вдоль внутренней поверхности?
                                      • +3
                                        Затраты там будут не намного меньше затрат на взлёт космического корабля. Нефиговый самолёт выходит.
                                        • 0
                                          Тогда на многоразовой ракете, как Маск предложил :)
                                          • 0

                                            Мост построить. Делов-то.

                                            • 0
                                              Только не мост, а лифт. С невесомостью в середине пути…
                                        • 0
                                          Предположим что речь идёт о сверхзвуковом пассажирском самолёте, разогнавшемся до 2000 км/ч. С гравитацией 0.3G (3м/с) он потеряет свою скорость примерно за 3 минуты, чего явно не хватит для преодоления 1300 км до центра (даже с учетом постепенно уменьшающейся гравитации).
                                    • +3
                                      Пользуясь случаем, а кто-нибудь моделировал близко вращающиеся планеты, соединённые общим для обеих частей океаном? Такое вообще возмможно?
                                      • +4
                                        Они нагреются от трения и испарятся. Кинетическая энергия в тепловую, сила трения сразу испарит со взрывом. Даже если они будут синхронизированы как шестеренки, чтобы относительные скорости в месте контакта будут почти нулевые, из-за сферичности разность не будет точно равно 0. Разогрев и испарения. Еще есть приливные силы, близкие планеты создадут чудовищные приливы, разогревая планеты до состояния Ио. Предел Роша, приливные силы будут растягивать планеты и при сближении порвут планету на диск.
                                        Единственное что возможно, легкие планеты вдали от звезды, типо Плутона, при отсутствии звездного ветра они сохранят протяженную разреженную атмосферу и возможно смогут существовать в одной, очень протяженной и разреженной атмосфере.
                                        ПС Возможно вы имели ввиду гравитационно-сцепленные планеты всегда обращенные друг другу одной стороной? Сразу в голову не пришло. Тогда приливы и силы трения не проблема. Однако предел Роша остается в силе. Такие двойные звезды существуют, планеты наверняка тоже, только соединенные общей атмосферой.
                                        • 0
                                          dfgwer, tgx, однажды посетила мысль о двойной планете, части которой (вероятно, примерно одинаковой массы) объединены общим объёмом жидкости, в котором живые существа могли бы путешествовать с одной части на другую:

                                          О=О

                                          Показалось довольно занятным. К сожалению, в понимании гравитации я застрял на взаимодействии материальных точек, так что «гравитационный градиент» в объёме целого космического тела — это для меня rocket science. Интересует любая возможность: гравитационное сцепление — отлично; предел Роша (впервые загуглил сегодня) — можно оставить планеты за пределом, а воду как-нибудь всё-таки впихнуть между ними, или для требуемой массы предел слишком широким будет? (Вообще, чисто гравитационно, в этой воде плавать-то можно будет с планеты на планету?)
                                          • +2
                                            Боб Шоу. Астронавты в Лохмотьях.
                                            • 0
                                              По аннотации — круть, жаль только, что (видимо) без межпланетной воды.

                                              DrZlodberg, похоже, без магии, как в «Многоярусном мире», не обойтись…
                                              • 0
                                                Только с межпланетной атмосферой. :)
                                                • 0
                                                  «Высокие технологии неотличимы от магии» А.Кларк, если не ошибаюсь. :)
                                                  В сделанном мире при наличии, например, возможности управлять тяготением — задача вполне решаема в любой комбинации. А кто знает, что там в будущем изобретут…
                                                  • 0
                                                    Кларк ошибался. Если человек перестаёт отличать технологии от магии — значит у него нет образования.
                                                    • 0
                                                      Я бы поспорил. Смысл не в магии, смысл в отсутствии возможности понять, как оно там работает. И чем дальше, тем больше технологий, для понимания которых требуется даже не техническое, а достаточно специальное образование. Про гуманитарное (или мы его образованием не считаем?) я вообще молчу.
                                                      • 0
                                                        И чем дальше, тем больше технологий, для понимания которых требуется даже не техническое, а достаточно специальное образование.

                                                        Смотря что называть пониманием. Если знать подробности — это одно, а если общий принцип — это другое.
                                                        • 0
                                                          Ну вот как пример — я знаю как работает комп до уровня физики. А вот работа квантового проца (который уже реальность) для меня по прежнему магия, хотя прочитано про них много. :( Считать ли мне себя необразованным? А как в реале работает чёрная дыра изнутри так вообще толком никто не знает. Разве что «общий принцип».
                                                          Да и не думаю, что есть кто-то живой, кто имеет представление обо всём уже известном на свете. Ибо это «обовсё» крайне объёмно быстро растёт.
                                                          • 0
                                                            для меня по прежнему магия, хотя прочитано про них много.


                                                            Поделитесь источниками. Попробую вникнуть.

                                                            А как в реале работает чёрная дыра изнутри так вообще толком никто не знает


                                                            С каких пор чёрная дыра относится к технике?
                                                            • 0
                                                              Основной источник — статьи тут/на хабре. Я не понимаю сам квантмех. Там чем больше пытаешься понять, тем больше понимаешь, что ни черта не понимаешь. Надо будет как-нибудь собраться с духом и временем, и попробовать более обстоятельно разобраться. Но это так, как пример. Суть послания была в другом — всегда можно найти какую-то область, в которой ты не разбираешься. И даже если это исправить — см начало.

                                                              Ок, ЧД — не самый удачный пример. По крайней мере до тех пор, пока их не научатся создавать искусственно и использовать. Однако теоретически как их создать знают, так что…
                                                              • 0
                                                                Основной источник — статьи тут/на хабре

                                                                Так себе источник.

                                                                всегда можно найти какую-то область, в которой ты не разбираешься

                                                                Вы опять повышаете планку. Не надо.
                                                                • 0
                                                                  Возможно. Однако тут обычно вполне неплохой баланс между простотой объяснения и содержанием. Более специфичная литература по таким темам навевает кошмары даже предисловием.

                                                                  Про планку, пардон, не понял.
                                                                  • 0
                                                                    Про планку, пардон, не понял.

                                                                    Я говорю про понимание общего принципа, а вы переводите разговор на умение разбираться в деталях.

                                                                    Более специфичная литература по таким темам навевает кошмары даже предисловием.

                                                                    Сочувствую. У меня — нет.
                                                                    • 0
                                                                      Ок, вернёмся к примеру с квант-компом. Общий принцип я знаю. Но почему это работает? Магия.
                                                                      Где тут провести эту планку? Разве что между людьми, которые уверены, что знают, и теми, кто понимает, что не знает.
                                                                      • 0
                                                                        Но почему это работает?

                                                                        Не иначе, на каких-нибудь уравнениях Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.

                                                                        Где тут провести эту планку?

                                                                        Между «ой, я это никогда не пойму!!!» и «это не моя специальность, придётся долго переучиваться».
                                                                        • 0
                                                                          Тогда, видимо, я тоже необразованный. Столько матана в мою голову уже не влезет, она и так забита изрядно. :(
                                                                          • +1
                                                                            Всякие там тензоры и чётырёхвекторы в римановых пространствах тоже не лезут в мою голову, как ни пытался подступиться к их пониманию, но это не мешает мне понимать сущность Общей теории относительности и принципы работы, скажем, GPS, без которой оно не работает как надо. Так что сложно придумать такую технологию, основы которой нельзя объяснить на пальцах.
                                                                            • 0
                                                                              Я привёл пример технологии, которую по моему мнению на пальцах объяснить проблематично. И по мере развития науки (а я надеюсь, что развиваться она будет по оптимистичным прогнозам) количество таких технологий может быстро расти.
                                                                              Хотя, может быть к тому времени у меня будет вместо мозга новый носитель большей мощности, и эта проблема исчезнет. Кто знает…
                                                                              • 0
                                                                                www.youtube.com/watch?v=oOXccbU9wMA
                                                                                Всё ещё магия?
                                                                                • 0
                                                                                  Для меня 'хитро связанные в суперпозиции' — все еще магия. Хотелось бы вот так же на пальцах понять (интуитивно понимаю) как именно связывают кубиты чтобы решить какую то конкретную задачу.
                                                                                  • 0
                                                                                    Кубиты связывают изготовители компьютера. На настоящий момент были практически реализованы лишь единичные экспериментальные системы, исполняющие фиксированный алгоритм небольшой сложности. Для того, чтобы квантовое явление спутанности, нужное для работы кубита, продержалось достаточно долго для проведения вычисления, кубиты охлаждают до низких температур и всячески изолируют от каких-либо воздействий извне. О различных вариантах физической реализации кубитов можно почитать в википедии, в статье о квантовом компьютере.
                                                                                    Было показано, что не для всякого алгоритма возможно «квантовое ускорение» вычисления. Более того, возможность получения квантового ускорения для произвольного классического алгоритма является большой редкостью, поэтому квантовые компьютеры, скорее всего, никогда не вытеснят обычные полностью. Пока что квантовые вычисления находят применение в основном в криптографии, возможно применение в области искусственного интеллекта.
                                                                                  • +2
                                                                                    Наличие в видео мужика в костюме протона не делает объяснение понятнее, т.к. в остальном это самое обычное объяснение, которое можно найти при любом упоминании темы и объясняющие магию через магию.

                                                                                    Сходу:

                                                                                    1. Частица может иметь верхний или нижний спин, ок. До наблюдения она для нас имеет одновременно оба, ок. Однако как она при этом имеет одновременно два РАЗНЫХ значения? В варианте с котом всё просто. Кот или жив, или мертв и суммарная вероятность получить того или иного кота должна быть =1 (по моему пониманию). В видео же спин имеет несвязанные друг с другом значения. Как?

                                                                                    2. Что вообще такое спин? Он не связан с ориентацией в пространстве, тем не менее ограничен вполне конкретным списком значений. Он определяется в каком-то ином пространстве? Спины не кратные целому — это отдельная песня.

                                                                                    3. Запутанность частиц — это отдельная тема. Чем они запутаны, как взаимодействуют (и взаимодействуют ли? вроде есть варианты теорий скрытых параметров, которые пока не опровергли)

                                                                                    4. Сам процесс вычисления тоже не понятен, кроме основной идеи (не факт, что я понимаю её верно). Вроде как система в результат схлопывается в один конкретный вариант, который и является ответом. А если ответов может быть больше одного — это не работает или работает, но по другому?
                                                                                    • 0
                                                                                      Для вас магией является квантовая физика. Все ваши вопросы касаются неё. Кроме, пожалуй, спина, который просто является одной из характеристик частиц, принимающей лишь фиксированные (разрешённые) значения. Пытаться передать его физический смысл (например как аналог вращения вокруг оси) бессмысленно, это за рамками нашего воображения. Мы просто можем измерять что-то, и называем это спином.
                                                                                      • +1
                                                                                        Для вас магией является квантовая физика
                                                                                        Не суть. Если магией является основа технологии, то и сама суть технологии в итоге упирается в магию.

                                                                                        Мы просто можем измерять что-то, и называем это спином.
                                                                                        Т.е. мы используем то, чего не понимаем. Ну да, где тут магия…
                                                                                        • 0
                                                                                          Если магией является основа технологии, то и сама суть технологии в итоге упирается в магию.

                                                                                          Тогда встречный вопрос, а что для Вас НЕ является магией?
                                                                                          • 0
                                                                                            Понятно, что любую технологию можно дотянуть до квантовой физики и признать её магией. Но не любая технология на ней завязана.

                                                                                            Механика — проста и очевидна. Вот одна шестерня, вот вторая… Молекулярное взаимодействие и иже с ними пофиг (немного утрирую конечно, учёт деформации уже требует несколько более глубоких знаний). Электричество — там уже есть интересные моменты, но в целом вполне объясняется движением конкретных зарядов. И т.д. Даже вещи вроде GPS которые уже учитывают не самые очевидные эффекты (вроде искривления пространства-времени) вполне понятны в целом. Не знаток ТО, но она требует лишь поправки, а не является сутью технологии.

                                                                                            В этом же примере непонятна сама основа технологии.
                                                                                          • 0
                                                                                            Вы, может, и не понимаете. Учёные — понимают. Кто хорошо знаком с квантовой физикой, понимает, что то, что мы видим и ощущаем — иллюзия, которую строит наш мозг, а что есть в реальности — мы не ощущаем и не можем вообразить.
                                                                                            • 0
                                                                                              Вы пропустили (изрядную) часть треда. Речь не о том, что её НЕВОЗМОЖНО понять. Речь изначально о том, что в какой-то момент появляются технологии, в которых даже хорошо образованный человек не имеющий профильных знаний разобраться не может. А если и может (если есть желание, время и доступ к соотв литературе) — то не может разобраться во всех подобных технологиях сразу. Т.е. всегда есть какие-то вещи, которые работают… А чёрт знает, как они работают.

                                                                                              Напомню начало: «По настоящему высокие технологии не отличимы от магии»
                                                                                              • 0
                                                                                                «По настоящему высокие технологии не отличимы от магии»

                                                                                                Мы дошли до того, что технологии можно отнести к трём категориям:
                                                                                                те, которые я понимаю, потому что этому учился,
                                                                                                те, которые я понимаю, хотя и не учился этому, потому что нашёл время разобраться сам,
                                                                                                и те, которые я не понимаю, потому что не учился этому и не нашёл времени разобраться.

                                                                                                Если бы магия существовала, она могла бы с равным успехом относиться к любой из трёх этих категорий.

                                                                                                Т.о. утверждение «По настоящему высокие технологии не отличимы от магии» — полностью лишено смысла.
                                                                                                Магия — тоже технология.
                                                                                                А то, что её не существует — вопрос десятый, мало ли несуществующих технологий фантасты придумали?
                                                                                                • 0
                                                                                                  Ладно, я явно не в состоянии объяснить свою точку зрения, так что остановимся на этом.
                                                                                                  • 0
                                                                                                    Тогда попробуйте объяснить, что Вы называете магией.
                                                                                                    Я по ходу обсуждения перестал понимать, что ей называет Кларк.
                                                                                                    Ниже мне сказали, что магия — это когда делаешь по инструкции, но не знаешь, «что под капотом». Что ж, это уже какое-то определение.
                                                                                                    В принципе, к этому и схемотехнику можно отнести. Вот, я по большому счёту не знаю, что находится внутри, допустим, логического элемента НЕ, т.е. я знаю, что его можно сделать на одном транзисторе — закрыт/открыт — но вольт-амперная характеристика… Реально хороший элемент НЕ состоит из нескольких транзисторов, но я даже примерно не догадываюсь о схеме.
                                                                                                    • 0
                                                                                                      Собственно весь тред я и пытался это сделать. Боюсь добавить что-то не повторяясь я уже не в состоянии, увы.

                                                                                                      На одном транзисторе НЕ нельзя, если мне не изменяет память.
                                                                                                      • 0
                                                                                                        На одном транзисторе НЕ нельзя, если мне не изменяет память.

                                                                                                        Значит на двух. Уже забывать начинаю: с рассыпухой никогда не работал.
                                                                                                        Сути это не меняет: в реальном НЕ их, как я слышал, одиннадцать.
                                                                                                        • 0
                                                                                                          Я вообще никогда. И даже не электронщик. Но проклятое любопытство… :)
                                                                                                          11? Всякое, конечно, может быть. Но по моему вы путаете что-то. Для ячейки памяти может быть. Для XOR. Но для NOT — imho перебор. Разве что там троичное NOT :)
                                                                                                          • 0
                                                                                                            За что купил, за то продаю. Что-то связано с качеством сигнала при переключении.
                                                                                                • 0
                                                                                                  Дык, вам непонятна не технология, тот же GPS, или квантовый компьютер, а физика, лежащая в её основе.
                                                                                                  • 0
                                                                                                    Если отделять физику от технологии, то все технологии — магия.
                                                                                                    • 0
                                                                                                      Словоблудие.
                                                                                                      Возьмём, например, технологию ядерного оружия. Вы можете не знать физику ядерного распада, не способны рассчитать критическую массу ядерного топлива и даже не знать как инициировать заряд. Это не мешает вам понимать саму технологию — есть вещество, есть его распад, выделяется много энергии. Никакой магии, пока вы не лезете внутрь физики.
                                                                                                      Напомню, что магия — это когда вы не можете сказать, что за физика лежит в основе технологии.
                                                                                                      • +1
                                                                                                        Т.е. я знаю, что в основе квантового компьютера лежит квантовая физика, и это всё объясняет? Так в основе магии лежит магическая физика и всё. Ни то, ни другие ничего не объясняет.

                                                                                                        С той же ядрёной бомбой не всё так просто. У меня есть железная кочерга (вещество). Почему я не могу сделать из неё ядерную бомбу? И почему есть ядерная, а есть термоядерная? Она, типа, более тёплая? Без знания хотя бы основ физики — это магия.
                                                                                                        • 0
                                                                                                          Вы придуряетесь. Если вы знаете что есть распад — вы автоматически знаете, что его испытывают только определённые, нестабильные вещества. Так же и с термоядом, вы знаете что это обратный процесс, слияние лёгких атомов в более тяжёлые. Пусть вы не знаете подробностей, но вы в курсе, что всё это растёт из одной формулы — e=mc2.

                                                                                                          А вот «магической физики» не существует принципиально. Нет в ней никаких основ, из которых что-либо растёт.
                                                                                                          • 0
                                                                                                            Что либо в физике растёт из наблюдений. И, смею заметить, в реальной физике урожай со временем менялся, по мере развития возможностей этих самых наблюдений.
                                                                                                            Нет, важность теоретической физики я не отменяю. Однако (особенно на ранних этапах) физика как наука основывалась именно на эксперименте.

                                                                                                            Если у нас есть колдунство с повторяемым эффектом — чем не основа? А то, что мы не знаем, как оно работает — так может следующие поколения выяснят.
                                                                                                        • 0
                                                                                                          Например не найдете Вы в Вики параметра «сечение
                                                                                                          деления оружейного изотопа плутония быстрыми нейтронами (с получением цепной реакции)».
                                                                                      • 0
                                                                                        Скажем лазер на квантовых ямах — это на пальцах для студента 3 курса объяснить можно.
                                                                    • –1
                                                                      Смотря что называть пониманием. Если знать подробности — это одно, а если общий принцип — это другое.


                                                                      — нужна кровь невинной человеческой души (девственницы)
                                                                      — кровь исчадия тьмы (летучая мышь)
                                                                      — существо соединяющее оба этих мира (жуки-светлячки)

                                                                      Всё это помещать и выпить во время полнолуния при ретроградном Марсе. Или Сатурне.

                                                                      Я в подробностях не особо разбираюсь, но общий принцип такой как я описал выше.
                                                                      • 0
                                                                        Это не общий принцип, это инструкция пользователя. К тому же плохая.
                                                                        • 0
                                                                          > Это не общий принцип, это инструкция пользователя.

                                                                          Ну вот именно на таком уровне и находится понимание общих принципов современных технологий у большинства людей.
                                                                          • 0
                                                                            Ну вот именно на таком уровне и находится понимание общих принципов современных технологий у большинства людей.

                                                                            Значит проблемы с образованием уже цветут пышным цветом.
                                                                            • 0
                                                                              Дело не в образовании, а в том что технологий вокруг много и они все очень сложные.

                                                                              У пользователей просто нет ни времени, ни желания разбираться в подробностях технологии.

                                                                              Им что доктор трактующий кардиограмму, что хиромант трактующий линии на ладони.

                                                                              Они и в том и в другом понимают одинаково.
                                                                              • 0
                                                                                Они и в том и в другом понимают одинаково.

                                                                                Почему я — не одинаково? Я не врач и не хиромант, однако краем уха слышал достаточно, чтобы понимать принцип.
                                                                                • +1
                                                                                  Думаю, вы себе льстите. Просто упомянутые термины (кардиограмма/хиромантия) — на слуху, поэтому вы заранее знаете, что научно, а что нет, и готовы отстаивать такое мнение.

                                                                                  Простой пример. Человек заболел, вам говорят, что у него болезнь X, и, если дать ему препарат Y – он поправиться.

                                                                                  Но вы никогда не слышали ни о X, ни о Y.

                                                                                  Это магия или наука?

                                                                                  Вы спрашиваете подробнее. Вам говорят, что болезнь связана с недостатком в организме Z, а Y как раз приводит к активации его синтеза…

                                                                                  Но слово Z — вам тоже не знакомо…

                                                                                  Если не существует таких X, Y и Z – то вы, таки, медик. Если существуют — то у вас нет понимания принципа этого процесса.

                                                                                  Отдельно можно представить, что дело происходило в современной клинике в Германии, или в землянке шамана на границе чащи.

                                                                                  Полагаю, ваш ответ, в разных местах был бы различен. А значит вы бы полагались вовсе не на понимание принципа, в своем решении…
                                                                                  • 0
                                                                                    Но я могу залезть в инструкцию, там написан механизм действия.
                                                                                    Я могу вспомнить что-нибудь про микроорганизмы и сообразить, почему от этого механизма они умирают, а я — нет.
                                                                                    Или, скажем, для чего в организме нужно Z.
                                                                                    Магия таких зацепок не даёт. И человек с магическим мышлением об этом не задумывается — собственно это и главная проблема.

                                                                                    Если не существует таких X, Y и Z – то вы, таки, медик.

                                                                                    С этим согласен. Причём, я уверен, что и у медика такие X, Y, Z найдутся — вопрос в количестве.

                                                                                    А значит вы бы полагались вовсе не на понимание принципа, в своем решении…

                                                                                    Да, я полагался на знания специалиста. Не смотря на всё вышесказанное, я помню, что мои выводы могут быть неправильными, а вероятность что специалист ошибся — резко ниже.
                                                                                    Однако я по прежнему могу понять, что к чему.
                                                                                    • +2
                                                                                      Но я могу залезть в инструкцию, там написан механизм действия.

                                                                                      И у фуфломицина, и у гомеопатии тоже есть инструкции с описанием механизмов.
                                                                                      Магия таких зацепок не даёт.

                                                                                      Ну почему же. У алхимии и средневековых методов лечения вполне есть свои обоснования. Например, у человека слишком сильно выраженный элемент земли, что выражается потемнением телесных оболочек, поэтому ему нужен его антагонист, вот и кушай настойку перьев орла, 500 рублей за флакон, курс 10 флаконов.
                                                                                      • 0
                                                                                        Алхимия была наукой, а не магией. Неправильной, но наукой. О гомеопатии можно сказать то же.
                                                                                        • 0
                                                                                          Эдак, можно, что угодно обозвать «неправильной наукой».

                                                                                          Если «магией» называть только очевидную чушь, а все, что звучит похоже на правду — «неправильной наукой», то вопрос о различиях магии и науки — отпадет сам собой. :)

                                                                                          Одно из отличий науки в том, что у нее есть аксиоматика, т.е. ее выводы строятся на основе логических выражений и могут быть доказаны в рамках экспериментов ранее доказанных выводов. И так до неких базовых аксиом.

                                                                                          Отличия «магии» в том, что её базовые принципы не элементарны. Например, некоторые древнегреческие философы строили доктрину на утверждении «Всё есть вода», не задумываясь об экспериментах, свидетельствах и доказательствах.

                                                                                          Так вот. Если таким образом сравнить геометрию и алхимию — то отличия очевидны, но только для тех, кто представляет аксиоматическое построение в целом, от аксиом до выводов.

                                                                                          Достаточно продвинутая технология — может для объяснения требовать понимания принципов, о которых человек не знает, или знает только на «высоком уровне абстракции», не понимая всей последовательности построений на основе которых эти процессы функционируют. Так он оказывается в положении клиента шамана. Научные рассуждения ему кажутся логичными и правильными, но на самом деле, он не смог бы отличить их от рассуждений о магии. ЧиТД
                                                                                          • 0
                                                                                            Одно из отличий науки в том, что у нее есть аксиоматика, т.е. ее выводы строятся на основе логических выражений и могут быть доказаны в рамках экспериментов ранее доказанных выводов. И так до неких базовых аксиом.


                                                                                            Ну да. Алхимия так и работала, пока не доказали, что её аксиомы неверны.
                                                                                            То же самое произошло с гомеопатией: выводы, сделанные на основании ранних опытов, оказались неправильными.
                                                                                            • 0
                                                                                              Вы невнимательны, или специально опускаете детали. Я недаром написал. "Одно из отличий". Т.е. это не единственное отличие, а одно из. Магия тоже может иметь аксиоматику, и попытки ее создания предпринимались неоднократно, но ее аксиомы «не элементарны». Утверждение «все есть огонь» — сильно отличается от «Какова бы ни была прямая, существуют точки, принадлежащие этой прямой, и точки, не принадлежащие ей.», не так ли?

                                                                                              Конечно, разделение нечеткое. В науке есть заблуждения, ошибки, и т.п. Но как раз об этом я и говорю. Четкого разделения нет и, если технология достаточно продвинута — ошибиться и принять ее за магию — очень легко.

                                                                                              Возьмем скажем лет 150 назад. Часть знаний о медицине уже были научными, т.е. подтвержденными экспериментами, а часть — еще основывались на вере (т.е. по сути были магическими приемами). Как отличить одно от другого?

                                                                                              Известный пример. Иван Грозный отдал жемчуг с любимого посоха на восстановление одному знахарю на реке Кареть. Знахарь сказал, что невинная молодая девушка должна надеть жемчужное ожерелье на шею и купаться нагой каждую ночь, в течение 101 дня. Жемчуг был восстановлен и возвращен царю «ожившим».

                                                                                              Для людей того времени это была магия?

                                                                                              Но уже тогда были люди, которые догадывались — воды Керети имеют повышенную кислотность. Они способны растворить верхние, выветрелые слои жемчуга, обнажая расположенные под ними нетронутые поверхности. Т.е. для части людей это была наука (технология). А для другой части — магия.

                                                                                              Связано ли это с тем, что все, кто верил в мистическую сторону процесса — были просто тупыми? Можете ли вы утверждать, что умнее их всех?..
                                                                  • 0
                                                                    Чем выше технологии — тем уже область знаний, про которую можно получить образование конкретному человеку. Потому что мозги и время не бесконечные.
                                                                    И всё за её пределами неотличимо от магии
                                                                    • 0
                                                                      И Вы туда же? Я же не о специализации, а о понимании принципа.

                                                                      И всё за её пределами неотличимо от магии

                                                                      Категорически не согласен. У меня не получается вспомнить ни одной отрасли техники, которая лично мне казалась бы похожа на магию.
                                                                      • 0
                                                                        Магия с точки зрения мага и магия с точки зрения не-мага сильно отличны…
                                                                        • 0
                                                                          Тогда дайте определение магии.
                                                                          • 0
                                                                            Совокупность действий и слов, приводящая к результату — без понимания собственно механизма получения результата.
                                                                            Если человек не знает про ИК — то для него и нажимание кнопок на пульте — магия.

                                                                            Маг же… он тоже не знает взаимосвязь — но он знает что она есть и до неё можно докопаться. Но это слишком долго, чтобы можно было потратить столько времени.
                                                                            • 0
                                                                              Маг же… он тоже не знает взаимосвязь — но он знает что она есть и до неё можно докопаться. Но это слишком долго, чтобы можно было потратить столько времени.

                                                                              Именно про это я и говорю. Только называют такого человека не магом, а нормальным человеком.
                                                                              Соответственно те, кто не задумывается, что связь есть, или полагает, что до неё нельзя докопаться — … как бы помягче сказать… уважения не вызывают.

                                                                              Совсем другое дело, что ни у одного человека нет времени, чтобы докопаться до всего. Но понимать возможность докопаться — обязан. Просто чтобы называться человеком.
                                                                              • +1
                                                                                Но понимать возможность докопаться — обязан. Просто чтобы называться человеком.

                                                                                Это вообще ничего не говорит о вопросе. Маг будет точно также уверен, что до всего можно докопаться, но не будет этого делать, так как у него, как и у всех, нет на это времени.

                                                                                Мало кто способен понять, что за его убеждениями не стоит твердых доказательств. И обычно это свойственно как раз очень умным людям, которые в итоге и двигают науку вперед, пытаясь разобраться в то что они знают, и почему они думают, что это знают…

                                                                                А банально верить в существование обоснований всему во что веришь — как раз не самый умный подход.
                                                                                • 0
                                                                                  Если бы магия существовала — она относилась бы к технологии.
                                                                                  • 0
                                                                                    Забавно) А кто определяет, что существует, а что нет?

                                                                                    По вашему получается что все во что верите лично вы — наука. А все во, что не верите (т.е. по вашему его не существует) — магия :)

                                                                                    Это, на самом деле, очень хорошо показывает почему вы не можете понять искомое высказывание.
                                                                                    • 0
                                                                                      Нет, я просто не уважаю людей, которые думают, что нельзя докопаться. А утверждением Кларка они пользуются чтобы узаконить своё невежество или даже постмодернизм.
                                                                                    • +1
                                                                                      Если бы магия существовала — она относилась бы к технологии.

                                                                                      То есть магия — это несуществующая технология?
                                                                                      • 0
                                                                                        Гениально!
                                                                                        Т.о. формулировка Кларка полностью теряет смысл.
                                                                                        • 0
                                                                                          А, например, Варп-двигатель — это магия или технология? Или лекарство от Спида?
                                                                                          • 0
                                                                                            Да, Вы меня поймали. Зачем?
                                                                                            • 0
                                                                                              Стараюсь понять, где у вас граница между этими понятиями.
                                                                                              • 0
                                                                                                А я перестал понимать, где разница у Кларка.
                                                                                                Выходит, что любая технология (даже каменная) не имеет принципиального отличия от магии. А то, что магии не существует — не относится к теме. Более того — магия это подмножество несуществующих технологий, наравне с варп-двигателем.
                                                                                  • –1
                                                                                    А потом складывается парадоксальная ситуация — хоть знают что можно докопаться — но реально докопавшихся нет ни одного.
                                                                                    Перекладывая на программистов — хоть знают что есть какие-то там машинные коды — но все умеют только жаваскрипт. И даже драйвера на нём пишут.
                                                                                    • 0
                                                                                      Это натуральное передёргивание.

                                                                                      Если бы не было реально докопавшихся — не было бы и технологии.
                                                                                      • 0
                                                                                        Замените слово 'нет' на 'катастрофический дефицит'.
                                                                                        • 0
                                                                                          Люди — смертны.
                                                                                          Ну или переквалифицировался на другое и забыл как там.
                                                                          • –1
                                                                            Возьмите новые сорта кукурузы. Магия? Магия. Врятли вы можете повторить или понять как они получены и были ли задействованны генные технологии или нет.
                                                                            А попкорн? Много ли его изготавливающих ДЕЙСТВИТЕЛЬНО понимают почему это именно так и почему влажность семян критична для процесса.
                                                                          • 0
                                                                            В общем-то, это я тоже имел в виду).
                                                                      • 0
                                                                        Есть такая серия книг — «Многоярусный мир». Там каждый создавал себе собственную микровселенную (размером чуток больше планеты) с собственными законами. В частности была планета, у которой периодически в произвольном месте кусок выделялся в луну (со всем, что на нём было), а потом джоинился обратно. Типа — лунный месяц :)

                                                                        Ещё было какое-то произведение, где атмосферы касались, и можно было на дирижаблях на другую планету летать.

                                                                        Но вообще интуитивно кажется, что разорвёт их.

                                                                        PS: Поискал книгу из предыдущего комментария — похоже это как раз вторая, про атмосферу. :)
                                                                    • 0
                                                                      Интересный вопрос. Вы говорите о такой конфигурации?
                                                                      image
                                                                      • +1
                                                                        Тут массы перетекают, а человек выше говорил о стабильной конфигурации водного моста.
                                                                        • 0
                                                                          Тоже предполагаю, что неявно подразумевался случай «стабильного» водного моста между двумя планетами. Я не специалист в астрофизике и запутался в ответе dfgwer, поэтому решил уточнить вопрос картинкой (отмечу, что на картинке не планеты, картинка показывает только конфигурацию задачи).

                                                                          Хочу уточнить несколько моментов.
                                                                          1. Гравитационно-сцепленные планеты это как, например, Плутон-Харон, Земля-Луна? То есть так:
                                                                          image

                                                                          2. Почему в такой конфигурации приливы и силы трения не проблема? В контексте ответа, видимо, речь о том, что не будет обусловленного этими эффектами разогрева планет. А что на счет разогрева «стабильного» водного моста?

                                                                          3. Полагаю в этой задаче борьба гравитационных и межмолекулярных сил притяжения в конденсированном теле (среда океанов). По наивным предположениям гравитационные силы доминируют и никакого «стабильного» водного моста существовать не может. Так ли это? Интересно, возможно ли существование системы из твердого тела в форме гантели (очевидно это предельный случай с сильными связями – кристаллическая решетка)?

                                                                          4. Думаю если говорить не о планетах, а о телах с жидкостью на поверхности, то, видимо, существуют геометрические параметры задачи (размеры тел, расстояния и прочее), с которыми «стабильный» водный мост может существовать. Но речь не о планетах.

                                                                          5. Кстати, какое определение планеты? Если судить по Wikipedia, то ведь можно под это понятие и каплю воды подвести (если нет соседей вокруг).
                                                                          • 0
                                                                            то ведь можно под это понятие и каплю воды подвести

                                                                            Нельзя — капля воды круглая за счет поверхностного натяжения жидкостей, а не собственной гравитации.
                                                                            • 0
                                                                              Согласен, тогда в определении подразумевается, что гравитация – доминирующий эффект.

                                                                              Но на каком масштабе? Давайте рассмотрим множество нейтральных частиц. До микрометров включительно доминируют флуктуационные силы (Ван-дер-Ваальс, Казимир). Эти силы будут приводить к притяжению частиц с образованием тела. Это точно не планета. Но как только гравитационное притяжение превысит флуктуационное притяжение (масса совокупности частиц увеличилась), то станет ли объект планетой? Здесь надо как-то еще рассмотреть сферичность формы тела. Не сочтите за спекуляции понятиями, просто хочу разобраться.
                                                                              • 0
                                                                                Зависит от размеров капли. В невесомости (а у нас же нет соседей по условию) капля может быть любых размеров. Правда с некоторых там начнётся уже образование ледяного ядра, как я понимаю. Просто за счёт давления. Т.е. она будет уже не совсем каплей, а иметь сложную структуру.
                                                                              • 0
                                                                                1. Да это так. Только Земля-Луна не полностью сцеплена, Луна всегда направлена одной стороной к Земле, а сторона Земли направленная к Луне меняется. Из-за этого на Земле возникают приливы.
                                                                                2. Приливов (бегающая за Луной волна) нет, они всегда направлены друг к друг одной стороной. Сил трения нет, точки поверхности покоятся относительно друг друга.
                                                                                3. Поверхность океана принимает форму эквипотенциальной поверхности. Для шара это шар и на поверхности океана потенциальная энергия силы тяжести везде одинакова. Для двух тел, поверхность выглядит такimage
                                                                                Водяной и атмосферный мостик существовать могут, только похоже нестабильны.
                                                                                Прочность кристаллической решетки в масштабах планет пренебрежимо, меньшие тела могут существовать (комета Чурюмова-Герасименко).
                                                                                • 0
                                                                                  Там основная фигня в том, что даже если были СОВЕРШЕННО одинаковые планеты, через микросекунду 5 атомов перейдет на сторону А, она станет тяжелее = больше шанс переноса атомов, и так будет продолжатся до полного слияния.
                                                                          • 0
                                                                            Проблема в том, что обратная связь — положительна.
                                                                            Т.е. перетекание массы с одной на другую будет увеличивать скорость перетекания.
                                                                            Т.е. даже если они первоначально будут абсолютно одинаковы — первый же случайно перелетевший атом создаст дисбаланс который будет только нарастать.
                                                                            • 0
                                                                              А если увеличить массу воды (чтобы сделать её основной массой), планеты затормозятся и упадут к центру? must sleep
                                                                            • 0
                                                                              Похоже есть решение с обратной отрицательной связью.
                                                                              Что куда перетекает, зависит от глубины потенциальной ямы, где глубже туда и будет перетекать. Глубина увеличивается с увеличением плотности и массы. Если перетекает неплотная жидкость или газ, может случиться так, что уменьшение плотности от увеличения объема будет сильнее.
                                                                              • 0
                                                                                Если масса воды будет порядка массы планеты? Это как-нибудь поможет?
                                                                                • 0
                                                                                  Нет, сначала выровняется «текучая часть» (станет одинаковый состав), потом все перетечет кудато. Решения нет. Даже двойные звезды с нереальной массой сливаются. Просто за миллионны лет.