С 1,6 миллиардами домохозяйств в мире, как Санта это делает? Немного рождественской магии… и много науки!
Как это делает Дед Мороз? За одну долгую ночь толстый и пожилой мужчина, оснащенный волшебными санями и восемью летающими северными оленями, доставляет игрушки детям в каждый дом по всему миру.
Единственная загвоздка? Они должны верить в него.
Вы должны задаться вопросом, возможно ли это физически. Если бы у него были нужные технологии и техника, мог бы Санта-Клаус на самом деле осуществить все эти поставки? Сейчас, когда население мира превышает 7 миллиардов человек, Санта-Клаусу приходится труднее, чем когда-либо. Но с силой науки - и, возможно, немного рождественской магии - Санта более чем справится с этой задачей.
Вот что должно соответствовать Санта-Клаусу с точки зрения количества домохозяйств, которых он должен достичь, и среднего расстояния между ними.
- Согласно данным Википедии и экстраполяции прироста населения с момента проведения опроса, во всем мире насчитывается около 1,6 миллиарда домохозяйств.
- Поскольку Земля имеет около 25 миллионов квадратных миль (65 миллионов квадратных километров) пригодной для жизни земли, среднее расстояние между любыми двумя домохозяйствами составляет приблизительно 0,138 мили (0,225 км).
- И, по крайней мере, в Соединенных Штатах Санта будет «притворяться», что посещает 31% домохозяйств в любой данный год. (Притворяется? Я насмехаюсь над вашим хладнокровным скептицизмом, Пью.)
В целом, Санта несет ответственность за доставку подарков примерно 500 миллионам домохозяйств со средним расстоянием, которое увеличивается до 0,205 мили (0,33 км), если учесть дома, которые Санта не может доставить. посетить.
Хоть это и означает огромное количество посещений и огромное расстояние, чтобы путешествовать, у Санты не так много времени, чтобы все успеть. Начиная с захода солнца в канун Рождества на одной стороне международной линии перемены дат (в России) и заканчивая незадолго до восхода солнца в день Рождества на другой стороне (на Аляске), Санта, по крайней мере, имеет то преимущество, что находится близко к зимнему солнцестоянию, что дает ему дополнительное время в Северном полушарии.
Из-за часовых поясов, международной линии перемены дат и различий во времени заката/восхода солнца в разных местах и широтах у Санта-Клауса остается максимум 42 часа, чтобы поразить эти полмиллиарда домохозяйств. За это короткое время Санта должен выполнить следующие задачи:
- путешествие к каждому дому, среднее расстояние 0,205 мили (0,33 км) от предыдущего дома,
- выйдите из его саней и войдите в дом незамеченным,
- доставить все подарки,
- съем все, что осталось для него,
- а затем покиньте дом незамеченным, сядьте на сани и направляйтесь к следующему дому.
Идея о том, что один человек может выполнить все эти задачи около 500 миллионов раз за 42 часа, кажется сложной задачей. (На самом деле, бесчисленное множество родителей детей, которые когда-либо верили в Санта-Клауса, могут подтвердить, насколько это сложная задача даже для одной семьи!) Но Санту не пугает монументальная задача, стоящая перед ним.
С 500 миллионами домохозяйств, которые он должен посетить, и 42 часами, чтобы сделать это, это означает, что у Санты есть в общей сложности всего 300 микросекунд (0,0003 секунды), чтобы выполнить все, что ему нужно сделать для каждого домохозяйства.
Звучит невозможно? Может быть, для нормального человека с обычными технологиями, конечно. Но Санта может быть просто величайшим ученым в мире, как я недавно сказал Big Picture Science и Институту SETI. И если вы принимаете науку, вы также должны верить в Санту. Давайте рассмотрим каждое возражение, которое может у вас возникнуть.
1.) Дед Мороз не может добраться до каждого дома так быстро Эти скорости не так уж и плохи; по сравнению с автомобилями, которые мы разработали, скорости, которые нужны Санте, на самом деле не такие уж высокие. По крайней мере, не по сравнению с относительностью и скоростью света. Чтобы пройти это среднее расстояние 0,205 мили (0,33 км) от дома к дому, принимая время 150 микросекунд (что составляет половину общего времени, которое ему разрешено находиться в каждом доме), Санте нужно проехать всего лишь около 1367 миль в час. -секунда (2 200 км/с).
Конечно, это может показаться ужасно быстрым по сравнению с вашими обычными санями или даже вашим обычным автомобилем, поездом или сверхзвуковым самолетом. Но это меньше 1% скорости света и намного медленнее, чем частицы, испускаемые радиоактивными атомами, ускорителями частиц или даже Солнцем.
Если вы правильно заправите оленей топливом, нет причин полагать, что Санта не сможет совершить это путешествие от дома к дому в рекордно короткие сроки.
2.) Открытые сани - и Санта внутри - не могут справиться с генерируемым теплом или ускорением Во-первых, есть тепловое возражение. При движении с такими интенсивными скоростями силы трения атмосферы сами по себе могли стать катастрофой; единственное известное нам явление, сталкивающееся с атмосферой на такой скорости, - это метеоры и спутники, которые снова входят в атмосферу.
Санта должен рассеивать где-то порядка нескольких триллионов джоулей тепла каждую секунду путешествия, что является огромным количеством. Без какой-либо защиты вы могли бы ожидать, что Санта, парящий в атмосфере со скоростью метеоритного дождя, сгорит, как спутник при входе в атмосферу.
Но есть два выхода:
- Он мог иметь теплозащитный экран, защищающий как оленей, так и его самого, что позволяло ему свободно путешествовать. Однако это проблема, если мы рассматриваем открытые сани, которые по определению не оставят всадника защищенным. Но второй вариант может преодолеть даже это.
- У него мог быть такой аэродинамически продвинутый автомобиль, что воздух перед ним в основном откачивался, оставляя только легкий бриз. Убедитесь, что у Санты есть кислород для дыхания, и мы готовы к работе.
Ускорения немного грубее, заметьте. Разгон от 0 до 60 миль в час за десятую долю секунды - это катастрофа для большинства людей; вы бы потеряли сознание (или того хуже) от ускорения. Это предполагает, что вы испытываете силу только 27 г с, где 1 г - это ускорение, связанное с Землей. Но Санте, чтобы достичь своей средней скорости перемещения от дома к дому, требуется 1.5 миллиардов г с.
Даже если учесть, что большая часть населения мира сосредоточена в городских районах, ускорение и замедление во время путешествия с крыши на крышу было бы катастрофическим в эти короткие промежутки времени.
Рекорд человеческой выносливости за короткие промежутки времени составляет 83 г с, установленный майором Джоном Бидингом на ракетных салазках. Идея о том, что люди могут выдерживать эти невероятные ускорения/замедления, была выдвинута Джоном Стэппом, который испытал свои устройства на себе в 1940-х и 1950-х годах.
Но Санта не обречен на эти ограничения; ему просто нужно реализовать правильный обходной путь. Все, что ему нужно, чтобы выжить в этом путешествии на таких скоростях и ускорениях, - это способ поддерживать нормальный кровоток в теле. Достаточно герметичный скафандр в сочетании с системой биологической турбины, которая намного мощнее человеческого сердца, может легко это сделать.
Конечно, биологическая модификация - это не то, о чем вы думаете, когда думаете о Санте, но разве счастье детей во всем мире стоит небольшой операции по замене органов?
3.) Как Санте удалось проникнуть во все эти дома так тихо и не оставить следов? Скрытность - не совсем то, что нужно вы имеете в виду, когда думаете о толстом пожилом мужчине, путешествующем по всему миру и в сапогах. Может показаться заманчивым подумать о том, чтобы поместить Санту внутрь с помощью механической установки -через дымоход, окно или другую точку входа - , но законы физики предлагают еще лучший вариант.
В квантовой Вселенной существует конечная вероятность того, что если вы находитесь по одну сторону от барьера и столкнетесь с ним, вы не просто врежетесь в него или отскочите. Вместо этого вы можете просто проложить туннель на другую сторону. Это явление квантового туннелирования, как известно, имеет место и должно приводить к конечной вероятности даже макроскопических объектов, хотя и с очень низкой вероятностью.
Мог ли Санта полностью контролировать это явление? Это самое элегантное решение сложной проблемы, позволяющее Деду Морозу:
- войдите в любой дом по желанию,
- принесите внутрь любые подарки, которые он хотел,
- оставь любые подарки, которые он хотел, где бы он ни выбрал,
- , а затем выйти, только с самим собой, чтобы вернуться к своим саням.
Поскольку он величайший ученый в истории человечества, я бы никогда не поставил против Санты.
4.) Как он смог доставить подарки так быстро? Доставка подарков не должна занимать много времени. Пока Санта прибывает в правильное место, все, что ему нужно сделать, чтобы правильно доставить эти подарки, это: отпустить их. Поднесите их на крохотное, ничтожно малое расстояние над землей, прямо под дерево, и просто отпустите.
Вот и все! С доставленными подарками он в соседнем доме, после еще одной важной задачи.
5.) Поедание рождественских закусок Это на самом деле работает блестяще. Видите ли, требуется огромное количество энергии - и, следовательно, топлива - , чтобы тащить сани, полные подарков для 500 000 000 домохозяйств по всему миру. Конечно, вы можете представить, что ваши летающие северные олени уже волшебные, так что, возможно, они могли бы просто волшебным образом позаботиться об этом. Но давайте будем научными и вспомним, что все должно подчиняться закону сохранения энергии, даже Дед Мороз.
Итак, сколько энергии действительно нужно, чтобы разнести эти подарки по всему миру?
Предположим, что у Санты есть около 4,5 фунтов (2,0 кг) подарков, которые нужно доставить в каждый дом, что в сумме составляет около миллиона метрических тонн подарков на его полностью загруженных санях. (С наступлением ночи становится светлее.) Это примерно в 4000 раз превышает грузоподъемность самого большого самолета на Земле: Антонова Ан-255, который используется для перевозки космических челноков.
Ракетное топливо, конечно, дорогое, но и неэффективное! Только около 0,001% массы ракетного топлива идет на энергию; остальное просто впустую, мертвый груз. Но что, если северный олень Санты - реальная сила, стоящая за эпическим полетом Санта-Клауса , - сможет превратить эти молоко и печенье в энергию с помощью Эйнштейновского уравнения E=mc²?
Удивительно, но крошечное, небольшое количество массы даже в одном маленьком печенье может питать Санту и все игрушки в мире от одного дома к другому, потому что E=mc² эффективен на 100%.. Остатки, конечно же, предназначены для удовольствия Санты.
Конечно, есть много выдуманных рассказов о Санте, где он полагается на технологии, магию или множество помощников, но это для сомневающихся, которые не понимают истинной силы рождественского волшебства. В конце концов, вы никогда не должны забывать самый важный урок, который мы извлекли из Аполлона-8, первого космического корабля с экипажем, покинувшего низкую околоземную орбиту. Следующий диалог между Кеном Маттингли (в центре управления полетами в Хьюстоне) и Джимом Ловеллом (на борту Аполлона-8) 50 лет назад:
089:32:50 Маттингли: Аполлон-8, Хьюстон. [Нет ответа.]
089:33:38 Маттингли: Аполлон-8, Хьюстон.
089:34:16 Ловелл: Хьюстон, Аполлон-8, конец.
089:34:19 Маттингли: Привет, Аполлон-8. Громко и ясно.
089:34:25 Ловелл: Роджер. Обратите внимание, что есть Санта-Клаус.
089:34:31 Маттингли: Утвердительно. Вам лучше всех знать.
Со всей наукой, которую мы знаем, есть только одна загадка о Санта-Клаусе, на которую мы до сих пор не знаем, как ответить. Со всеми этими подарками, которые нужно доставить, когда он находит время, чтобы сходить в туалет?