Tytuł oryginału:
WHAT IF? SERIOUS SCIENTIFIC ANSWERS TO ABSURD HYPOTHETICAL QUESTIONS

Konsultacja merytoryczna:
Agnieszka Drzazgowska

Redakcja językowa:
Milena Schefs

Cover and layout design © Christina Gleason

Adaptacja okładki:
Magdalena Zawadzka

Korekta:
Małgorzata Denys, Maciej Korbasiński

WHAT IF? Serious Scientific Answers to Absurd Hypothetical Questions by Randall Munroe.
Copyright © xkcd inc 2015
By arrangement with the author. All rights reserved
Copyright for the Polish edition © by Wydawnictwo Czarna Owca, 2015

Wydanie I

ISBN 978-83-7554-971-3

Wydawnictwo Czarna Owca Sp. z o.o.
ul. Alzacka 15a, 03-972 Warszawa
www.czarnaowca.pl
Redakcja: tel. 22 616 29 20; e-mail: redakcja@czarnaowca.pl
Dział handlowy: tel. 22 616 29 36; e-mail: handel@czarnaowca.pl
Księgarnia i sklep internetowy: tel. 22 616 12 72; e-mail: sklep@czarnaowca.pl

Konwersję do wersji elektronicznej wykonano w systemie Zecer.

OSTRZEŻENIE

Nie próbujcie robić tych rzeczy w domu! Autor tej książki jest rysownikiem, twórcą komiksów internetowych, a nie specjalistą od bezpieczeństwa i higieny pracy. Lubi, gdy przedmioty zapalają się lub eksplodują, co oznacza, że nie bierze pod uwagę Waszego dobra. Wydawca i autor nie ponoszą odpowiedzialności za jakiekolwiek szkodliwe następstwa, bezpośrednie lub pośrednie, będące wynikiem lektury tej książki.

Wstęp

NINIEJSZA KSIĄŻKA JEST zbiorem odpowiedzi na hipotetyczne pytania.

Pytania te zostały mi zadane za pośrednictwem mojej strony internetowej, na której – oprócz rubryki z poradami dla szalonych naukowców – stworzyłem również xkcd, internetowy komiks z patyczkowatymi postaciami.

Nie zaczynałem od rysowania komiksów. W szkole studiowałem fizykę, a po ukończeniu nauki pracowałem w NASA w dziale robotyki. W końcu odszedłem z NASA, aby poświęcić się rysowaniu komiksów, ale moje zainteresowanie nauką i fizyką nie osłabło. I ostatecznie znalazłem nowe pole realizacji moich pasji: udzielam odpowiedzi na zadawane mi w internecie dziwne i czasami niepokojące pytania. W tej książce znajdziecie wybór najciekawszych odpowiedzi z mojej strony internetowej oraz garść nowych pytań, na które odpowiadam po raz pierwszy.

Od kiedy pamiętam, starałem się szukać odpowiedzi na dziwne pytania za pomocą matematyki. W wieku pięciu lat przeprowadziłem z matką rozmowę, która została zapisana i umieszczona w albumie rodzinnym. Kiedy matka dowiedziała się, że piszę książkę, odszukała zapis tej rozmowy i przesłała mi go. Oto ona, skopiowana z 25-letniej kartki papieru.

Randall: Czy w naszym domu jest więcej miękkich, czy twardych przedmiotów?

Julie: Nie wiem.

Randall: A na świecie?

Julie: Nie wiem.

Randall: No dobrze, w każdym domu są trzy albo cztery poduszki, tak?

Julie: Tak.

Randall: I w każdym domu jest około piętnastu magnesów, tak?

Julie: Tak myślę.

Randall: Więc piętnaście plus trzy lub cztery, niech będzie cztery, to jest dziewiętnaście, tak?

Julie: Zgadza się.

Randall: Czyli na świecie jest prawdopodobnie około 3 miliardów miękkich i… 5 miliardów twardych przedmiotów. To które wygrywają?

Julie: Myślę, że twarde.

Do dzisiaj nie mam pojęcia, skąd wziąłem te 3 miliardy i 5 miliardów. Na pewno nie wiedziałem wtedy, co oznaczają takie liczby.

Moja znajomość matematyki z czasem nieco się poprawiła, ale zainteresowanie nią ma dziś tę samą przyczynę co wtedy: chcę poznać odpowiedzi na różne pytania.

Mówi się, że nie ma głupich pytań. To oczywiście nieprawda. Wydaje mi się, że na przykład moje pytanie o twarde i miękkie przedmioty było dosyć głupie. Ale okazuje się, że próba znalezienia precyzyjnej odpowiedzi na głupie pytanie może nas zaprowadzić w całkiem interesujące miejsca. Wciąż nie wiem, czy na świecie jest więcej twardych, czy miękkich przedmiotów, ale po drodze dowiedziałem się wielu innych rzeczy. Poniżej przedstawiam wam moje ulubione etapy tej podróży.

RANDALL MUNROE

Globalna wichura

Co by się stało, gdyby Ziemia wraz ze wszystkimi znajdującymi się na niej obiektami nagle przestała się obracać wokół osi, a atmosfera nadal poruszałaby się z tą samą prędkością?

Andrew Brown

PRAWIE WSZYSCY BY ZGINĘLI. A później zrobiłoby się ciekawie…

Na równiku powierzchnia Ziemi porusza się z prędkością około 470 metrów na sekundę – czyli prawie 1700 kilometrów na godzinę – względem osi planety. Gdyby Ziemia zatrzymała się, a otaczające ją powietrze nadal by się poruszało, nagle pojawiłyby się wiatry wiejące z prędkością 1700 kilometrów na godzinę.

Te wiatry byłyby najsilniejsze na równiku, ale wszystkich i wszystko, co żyje pomiędzy 42° szerokości geograficznej północnej a 42° południowej (włączając w to około 85 procent światowej populacji), zdmuchnąłby wiatr wiejący z ponaddźwiękową prędkością. Najsilniejsze porywy tuż nad powierzchnią Ziemi trwałyby tylko przez kilka minut, a potem wiatr zwolniłby w wyniku tarcia. Jednak w ciągu tych kilku minut wszystkie ludzkie budowle obróciłyby się w perzynę.

Mój dom w Bostonie leży wystarczająco daleko na północy, aby znaleźć się poza strefą wiatrów o ponaddźwiękowej prędkości. Jednak wiejące tam wiatry byłyby ponad dwa razy silniejsze od najsilniejszych tornad. Wszystkie budynki, począwszy od szop, a skończywszy na drapaczach chmur, zostałyby zniszczone, wyrwane z fundamentów, a ich elementy toczyłyby się po ziemi.

Wiatry te byłyby słabsze w pobliżu biegunów, ale żadne skupiska ludzkie nie leżą wystarczająco daleko od równika, żeby uniknąć zniszczenia. Longyearbyen na wyspie w archipelagu Svalbard w Norwegii – najwyżej położone miasto na Ziemi – zostałoby zniszczone przez wiatry o sile równej najpotężniejszym cyklonom tropikalnym.

Jeśli chcielibyśmy ten wiatr przeczekać, jednym z najlepszych miejsc mogłyby być Helsinki. Mimo że samo ich położenie – 60° stopni szerokości geograficznej północnej – nie zapewniłoby miastu ochrony, to w skałach, na których jest ono zbudowane, znajduje się skomplikowana sieć tuneli wraz z podziemnymi galeriami handlowymi, lodowiskiem do gry w hokeja, kompleksem basenów itp.

Żadne budynki nie byłyby bezpieczne; nawet konstrukcje wystarczająco mocne, aby wytrzymać taki wiatr, miałyby kłopoty. Jak powiedział komik Ron White: „Nieistotne jest to, że wieje wiatr, ważne, co ten wiatr ze sobą niesie”.

Załóżmy teraz na chwilę, że możemy schronić się w masywnym bunkrze zbudowanym z materiałów odpornych na wiatry wiejące z prędkością 1700 kilometrów na godzinę.

No i świetnie; wszystko byłoby w porządku… gdyby istniał tylko nasz bunkier.

Niestety, prawdopodobnie mielibyśmy jednak sąsiadów. Gdyby któryś z nich miał bunkier leżący od strony nawietrznej w stosunku do naszego i jego bunkier byłby gorzej umocowany w ziemi, nasz bunkier musiałby wytrzymać uderzenie tamtego bunkra lecącego z prędkością 1700 kilometrów na godzinę.

Gatunek ludzki by nie wyginął¹. Oczywiście na powierzchni Ziemi ocalałoby bardzo niewielu ludzi; latające w powietrzu elementy konstrukcji starłyby na proch wszystko, co nie byłoby zdolne przetrwać wybuchu jądrowego. Jednak wiele osób znajdujących się wówczas pod ziemią miałoby się doskonale. Gdybyśmy w tym momencie siedzieli w głębokiej piwnicy (lub jeszcze lepiej w tunelu metra), mielibyśmy duże szanse na przeżycie.

Byliby też inni szczęśliwcy. Dla dziesiątków naukowców i personelu stacji naukowo-badawczej Amundsen–Scott na biegunie południowym takie wiatry nie stanowiłyby zagrożenia. Dla nich pierwszym niepokojącym sygnałem byłaby nagła cisza, która zapadłaby nad resztą świata. Tajemnicza cisza prawdopodobnie zdenerwowałaby ich na chwilę, ale w końcu ktoś zwróciłby uwagę na coś jeszcze dziwniejszego…

Powietrze

Po ustaniu wiatrów powierzchniowych zrobiłoby się jeszcze dziwniej.

Podmuch wiatru zmieniłby się w podmuch gorąca. W normalnych warunkach energia kinetyczna wiejącego wiatru jest na tyle mała, że można ją pominąć, ale to nie byłby normalny wiatr. Gwałtowne zatrzymanie się wiatru spowodowałoby rozgrzanie powietrza. Nad lądami doprowadziłoby to do dużego wzrostu temperatury, a na obszarach o dużej wilgotności powietrza – do globalnych burz.

Jednocześnie wiatry wiejące nad oceanami zmąciłyby i rozpyliłyby powierzchniową warstwę wody. Przez chwilę ocean nie miałby w ogóle powierzchni, niemożliwe byłoby określenie, gdzie kończy się woda w postaci lotnej, a zaczyna właściwy ocean.

Oceany są zimne. Poniżej cienkiej warstwy powierzchniowej mają one niemal wszędzie temperaturę równą 4°C. Burza wzburzyłaby zimną wodę z głębin. Napływ zimnej mgły do bardzo gorącego powietrza przyczyniłby się do powstania pogody nigdy wcześniej niewystępującej na Ziemi – trudnej do zniesienia mieszaniny wiatru, pary wodnej, wody, mgły i gwałtownych zmian temperatury.

Pionowy ruch wody doprowadziłby do rozkwitu różnych form życia, ponieważ świeże substancje odżywcze dotarłyby do górnych warstw oceanów. Jednocześnie nastąpiłoby masowe wymieranie ryb, krabów, żółwi morskich i zwierząt nieumiejących poradzić sobie z napływem słabo natlenionej wody z głębin. Każdy gatunek zwierzęcia, który musi oddychać powietrzem atmosferycznym – taki jak wieloryby czy delfiny – miałby problemy z przetrwaniem w tym wzburzonym obszarze na granicy morza i powietrza.

Fale przetoczyłyby się wokół Ziemi ze wschodu na zachód i każdy wschodni brzeg doświadczyłby największego przypływu w historii świata. Oślepiająca chmura morskiej wody w postaci mgły wdarłaby się w głąb lądu, a za nią podążyłaby jak tsunami wzburzona ściana wody.

Na niektórych obszarach fale dotarłyby wiele kilometrów w głąb lądu.

Wichury wzbiłyby ogromne ilości pyłu i różnych szczątków do atmosfery. Jednocześnie nad zimną powierzchnią oceanów utworzyłaby się gęsta warstwa mgły. Normalnie doprowadziłoby to do gwałtownego spadku temperatury. Tak stałoby się i w tym przypadku. Przynajmniej po jednej stronie Ziemi.

Gdyby nasza planeta przestała się obracać, przerwaniu uległby także normalny cykl dnia i nocy. Słońce nie przestałoby całkowicie przemieszczać się po niebie, ale zamiast wschodzić i zachodzić raz dziennie, robiłoby to raz do roku.

Dzień i noc trwałyby po pół roku, nawet na równiku. Po dziennej stronie Ziemi jej powierzchnia piekłaby się nieustannie w promieniach Słońca, podczas gdy po nocnej stronie temperatura gwałtownie by spadła. Konwekcja termiczna po dziennej stronie doprowadziłaby do potężnych burz na obszarach wystawionych na działanie Słońca².

Taka Ziemia przypominałaby, w pewnym sensie, jedną z obracających się synchronicznie planet pozasłonecznych, powszechnie spotykanych w pobliżu czerwonych karłów, w tej strefie, w której panują warunki sprzyjające rozwojowi życia. Lepszym porównaniem byłaby jednak Wenus w początkowym stadium formowania. Jej własna rotacja sprawia, że jedna strona planety jest – podobnie jak w przypadku zatrzymanej Ziemi – przez całe miesiące zwrócona ku Słońcu. Jednak gruba atmosfera Wenus krąży całkiem szybko, czego następstwem są dni i noce o zbliżonej temperaturze.

Chociaż długość dnia na naszej nieruchomej planecie zmieniłaby się, długość miesiąca pozostałaby taka sama! Księżyc nie przestałby krążyć wokół Ziemi. Jednak bez rotacji naszej planety dostarczającej energii pływom morskim Księżyc mógłby przestać oddalać się od Ziemi (tak jak to robi teraz) i zacząć powoli się do niej zbliżać.

W rzeczywistości Księżyc – nasz wierny towarzysz – mógłby spróbować nawet cofnąć zniszczenia spowodowane scenariuszem napisanym przez Andrew. Obecnie Ziemia obraca się szybciej niż Księżyc, a pływy zwalniają rotację naszej planety, powodując jednocześnie oddalanie się naszego satelity³. Gdyby Ziemia przestała się obracać, Księżyc przestałby się od niej oddalać. Pływy, zamiast zwalniać, mogłyby przyspieszać ruch obrotowy planety, a grawitacja Księżyca po cichu, delikatnie pociągnęłaby Ziemię…

…i nasza planeta znowu zaczęłaby się obracać.

Relatywistyczna piłka baseballowa

Co by się stało, gdybyśmy rzucili piłką do baseballu z prędkością wynoszącą 90 procent prędkości światła?

Ellen McManis

Pomińmy pytanie, w jaki sposób nadalibyśmy piłce baseballowej tak dużą prędkość. Załóżmy, że jest to normalny rzut, ale po wypuszczeniu piłki przez miotacza w magiczny sposób przyspiesza ona do 90 procent prędkości światła. Od tego momentu wszystko przebiega zgodnie z prawami fizyki.

ODPOWIEDŹ BRZMI: wydarzyłoby się wiele rzeczy, które działyby się bardzo szybko, a wszystko skończyłoby się źle dla pałkarza (lub dla miotacza). Zasiadłem sobie z książkami do fizyki, kolekcjonerską figurką Nolana Ryana oraz stertą kaset wideo z nagraniami wybuchów jądrowych i spróbowałem rozwiązać ten problem. Poniżej przedstawiam wam rezultat mojej pracy nanosekunda po nanosekundzie.

Piłka leciałaby tak szybko, że wszystko inne pozostawałoby praktycznie nieruchome, nawet cząsteczki powietrza. Poruszają się one z prędkością około tysiąca kilometrów na godzinę, ale nasza piłka pędziłaby przez nie z prędkością ponad 970 milionów kilometrów na godzinę. Oznacza to, że w stosunku do piłki pozostawałyby one w miejscu jak zamrożone.

Zasady aerodynamiki nie miałyby w tym przypadku zastosowania. Normalnie powietrze opływa wszystko, co się w nim porusza. Jednak cząsteczki powietrza przed naszą piłką nie miałyby czasu, żeby usunąć jej się z drogi. Piłka uderzyłaby w nie tak mocno, że nastąpiłaby fuzja jąder atomów wchodzących w skład cząsteczek powietrza z jądrami atomów z powierzchni piłki. Rezultatem każdego zderzenia byłby rozbłysk gamma i emisja różnych cząstek⁴.

Promienie gamma i cząstki rozprzestrzeniałyby się na zewnątrz w bańce, której środkiem byłaby górka ze stojącym miotaczem. Zaczęłyby one rozbijać cząsteczki powietrza, odrywając elektrony od jąder i zamieniając powietrze na stadionie w rozszerzającą się bańkę rozżarzonej plazmy. Ścianka tej bańki zbliżałaby się do pałkarza z prędkością bliską prędkości światła – tylko trochę szybciej od samej piłki.

Ciągła fuzja jądrowa zachodząca na przedniej ściance piłki wywierałaby na nią nacisk i spowalniała jej lot, tak jakby była ona rakietą lecącą tyłem naprzód z włączonymi silnikami. Niestety, piłka poruszałaby się tak szybko, że nawet olbrzymia siła pochodząca z wybuchu termojądrowego prawie nie zmieniłaby jej prędkości. Siła ta zaczęłaby jednak „zjadać” powierzchnię piłki, wyrzucając jej malutkie fragmenty we wszystkich kierunkach. Kawałeczki te pędziłyby tak szybko, że w zderzeniu z cząsteczkami powietrza wywołałyby jeszcze dwa lub trzy cykle fuzji jądrowej.

Po około 70 nanosekundach piłka dotarłaby do bazy domowej. Pałkarz nie zobaczyłby nawet miotacza wyrzucającego piłkę, ponieważ informacja ta dotarłaby do niego w tym samym czasie co sama piłka. Zderzenia z cząsteczkami powietrza „zjadłyby” ją prawie całkowicie, byłaby to już tylko chmura rozszerzającej się plazmy w kształcie pocisku (składająca się głównie z węgla, tlenu, wodoru i azotu), rozbijająca powietrze i powodująca w ten sposób kolejne cykle fuzji jądrowej. Najpierw w pałkarza uderzyłoby promieniowanie rentgenowskie, a nanosekundy później oberwałby on rozproszonymi resztkami piłki.

W chwili gdy fala promieniowania rentgenowskiego dotarłaby do bazy domowej, środek chmury plazmy poruszałby się nadal z prędkością bliską prędkości światła. Uderzyłaby ona najpierw w kij, a następnie pałkarz, baza oraz łapacz zostaliby przez nią porwani, przelecieliby przez siatkę ochronną i ulegli dematerializacji. Fala promieniowania rentgenowskiego i plazma rozprzestrzeniałyby się na zewnątrz oraz w górę. W pierwszej mikrosekundzie pochłonęłyby siatkę ochronną, oba zespoły, trybuny i całe otoczenie.

Załóżmy, że oglądalibyśmy to wszystko ze wzgórza poza miastem. Najpierw zobaczylibyśmy oślepiające światło, dużo jaśniejsze od Słońca. Przygasłoby ono w ciągu kilku sekund, a powiększająca się kula ognia zamieniłaby się w chmurę w kształcie grzyba atomowego.

Następnie usłyszelibyśmy ogłuszający huk wybuchu wyrywającego drzewa z korzeniami i niszczącego domy.

Wszystko w promieniu około 1,5 kilometra od kompleksu sportowego zostałoby zrównane z ziemią, a morze ognia pochłonęłoby miasto. Boisko do baseballu, które stałoby się tymczasem znacznych rozmiarów kraterem, znalazłoby się kilkaset metrów od miejsca, w którym wcześniej znajdowała się siatka ochronna.

Zasada 6.08(b) obowiązująca w Major League Baseball mówi, że w takiej sytuacji pałkarza uznaje się za dotkniętego przez piłkę i ma on prawo przejść do pierwszej bazy.

Basen z wypalonym paliwem

Co by się stało, gdybyśmy pływali w basenie z wypalonym paliwem jądrowym? Czy aby otrzymać śmiertelną dawkę promieniowania, musielibyśmy zanurkować? Jak długo moglibyśmy w nim bezpiecznie pływać?

Jonathan Bastien-Filiatrault

JEŚLI JESTEŚMY STOSUNKOWO dobrymi pływakami, przetrwalibyśmy w wodzie od 10 do 40 godzin. Po tym czasie stracilibyśmy ze zmęczenia przytomność i utonęli. To samo spotkałoby nas również w basenie bez wypalonego paliwa jądrowego na dnie.

Wypalone paliwo z reaktorów jądrowych jest bardzo radioaktywne. Woda dobrze pochłania promieniowanie i dobrze chłodzi, dlatego też zużyte paliwo przechowywane jest na dnie basenów przez dziesiątki lat, aż stanie się na tyle niskoaktywne, że można je przenieść do suchych pojemników. Dotychczas właściwie nie wiemy, gdzie powinno się przechowywać takie pojemniki. Wkrótce problem ten zostanie prawdopodobnie rozwiązany.

A tak wygląda typowy basen do przechowywania wypalonego paliwa:

Ciepło nie byłoby dużym problemem. Temperatura wody w basenie z paliwem może dochodzić do 50°C, ale w praktyce wynosi przeważnie od 25°C do 35°C – więcej niż w większości basenów, ale mniej niż w gorącej kąpieli w wannie.

Najbardziej radioaktywne są pręty paliwowe świeżo wyjęte z reaktora. W przypadku wypalonego paliwa jądrowego każde siedem centymetrów wody zmniejsza promieniowanie o połowę.

Według raportu Ontario Hydro dotyczącego poziomów promieniowania niebezpieczna strefa wokół świeżych prętów paliwowych wyglądałaby tak jak na poniższym rysunku.

Gdybyśmy dopłynęli do dna basenu, dotknęli łokciami niedawno umieszczonego tam pojemnika i zaraz wypłynęli na powierzchnię, prawdopodobnie otrzymalibyśmy śmiertelną dawkę promieniowania.

Jeśli jednak znajdowalibyśmy się w basenie poza granicą niebezpiecznej strefy, moglibyśmy w nim pływać tak długo, jak byśmy chcieli – dawka promieniowania z rdzenia reaktora byłaby mniejsza niż normalne promieniowanie tła, na które jesteśmy narażeni podczas spaceru. Podczas takiej kąpieli w basenie z wypalonym paliwem jądrowym otrzymalibyśmy faktycznie mniejszą dawkę promieniowania niż w czasie spaceru po ulicy.

Pamiętajcie: Jestem rysownikiem komiksów. Jeśli posłuchacie moich rad dotyczących bezpiecznego postępowania z materiałami jądrowymi, prawdopodobnie zasłużycie na to, co was spotka.

Oczywiście w tej wersji zakładam, że wszystko byłoby pod kontrolą. Gdyby jednak obudowa prętów wypalonego paliwa była skorodowana, w wodzie mogłyby się znaleźć produkty rozszczepienia. Czystość wody w takich basenach to pewnik, ale ta woda bywa czasem na tyle radioaktywna, że nie można jej sprzedawać w butelkach⁵.

Wiemy już, że w basenach z wypalonym paliwem jądrowym można bezpiecznie pływać, ponieważ są one regularnie serwisowane przez nurków. Jednak oni też muszą bardzo uważać! Trzydziestego pierwszego sierpnia 2010 roku nurek kontrolujący basen z wypalonym paliwem przy reaktorze jądrowym Leibstadt w Szwajcarii zauważył na jego dnie kawałek rury. Po konsultacji ze swoim szefem włożył go do skrzynki z narzędziami, ale z powodu szumu bąbelków powietrza nie usłyszał alarmu ostrzegającego przed promieniowaniem. Gdy wyjął skrzynkę z narzędziami z wody, w pomieszczeniu włączył się kolejny alarm. Skrzynkę wrzucono z powrotem do wody, a nurek opuścił basen. Jego dozymetr pokazał wyższe od normalnego napromieniowanie całego ciała i bardzo wysokie napromieniowanie prawej ręki. Znaleziony obiekt okazał się osłoną ochronną czujnika promieniowania z rdzenia reaktora, silnie napromieniowaną strumieniem neutronów. Oderwała się ona przypadkowo podczas zamykania kapsuły reaktora w 2006 roku i przeleżała niezauważona na dnie w rogu basenu. Osłona była tak radioaktywna, że gdyby nurek włożył ją do paska z narzędziami lub torby na ramieniu, mógłby zostać śmiertelnie napromieniowany. Ochroniła go warstwa wody, a dużą dawkę promieniowania otrzymała tylko jego ręka, która na szczęście jest bardziej odporna niż delikatne organy wewnętrzne.

Najistotniejsze w tej historii jest to, że pływanie w basenie z wypalonym paliwem wydaje się bezpieczne, o ile nie nurkujemy do dna i nie podnosimy z niego żadnych podejrzanych przedmiotów.

Dla pewności skontaktowałem się ze znajomym pracującym w reaktorze badawczym i zapytałem, co stałoby się z osobą, która chciałaby popływać w ich basenie z wypalonym paliwem.

„W naszym reaktorze? – Pomyślał chwilę. – Zginęłaby bardzo szybko, zanim jeszcze dotarłaby do wody. Od ran postrzałowych”.

Dziwne (i niepokojące) pytania z What if? Skrzynka odbiorcza nr 1

Czy możliwe byłoby schłodzenie zębów do tak niskiej temperatury, żeby pod wpływem gorącej kawy rozprysły się na kawałki?

Shelby Hebert

Ile domów w Stanach Zjednoczonych spala się doszczętnie każdego roku? Jak najłatwiej byłoby w znaczący sposób zwiększyć tę liczbę (powiedzmy o 15%)?

Anonim

Maszyna czasu w nowojorskim stylu

Załóżmy, że podczas podróży w czasie zawsze trafiamy w to samo miejsce na Ziemi. Przynajmniej tak się działo w serii filmów Powrót do przyszłości. Jak wyglądałby Times Square w Nowym Jorku, gdybyśmy znaleźli się na nim tysiąc lat, 10 tysięcy lat, 100 tysięcy lat, milion lat, miliard lat temu? Albo gdybyśmy przenieśli się w czasie o milion lat w przyszłość?

Mark Dettling

Tysiąc lat temu

Manhattan jest zamieszkany bez przerwy od 3000 lat, a pierwsi ludzie osiedlili się tam prawdopodobnie 9000 lat temu. Gdy w XVII wieku na te tereny przybyli Europejczycy, zamieszkiwali je Delawarowie⁶. To grupa plemion, które żyły na obszarach należących obecnie do stanów Connecticut, Nowy Jork, New Jersey oraz Delaware. Przed tysiącem lat na tych terenach prawdopodobnie mieszkali przodkowie Delawarów, jednak różnili się oni od swoich XVII-wiecznych potomków tak bardzo, jak ci ostatni od ludzi żyjących współcześnie.

Aby przekonać się, jak wyglądał Times Square, zanim jeszcze powstało tam jakiekolwiek miasto, skorzystałem z niezwykłego projektu Welikia, który powstał z mniejszego projektu Mannahatta. W ramach projektu Welikia opracowano szczegółową mapę ekologiczną obszarów Nowego Jorku z czasów, kiedy pojawili się tam Europejczycy. Interaktywna mapa dostępna na welikia.org to fantastyczna wizja zupełnie innego Nowego Jorku. W 1609 roku krajobraz wyspy Manhattan składał się z malowniczych pagórków, bagien, lasów, jezior i rzek.

Tysiąc lat temu Times Square mógł wyglądać podobnie, jak to przedstawia projekt Welikia. Na pierwszy rzut oka prawdopodobnie przypominał lasy pierwotne, spotykane jeszcze w niektórych północno-wschodnich rejonach USA. Można jednak łatwo znaleźć znaczące różnice. Przed tysiącem lat w takim lesie było z pewnością znacznie więcej dzikich zwierząt. Obecnie w poszatkowanych pozostałościach lasów pierwotnych prawie nie występują duże drapieżniki. Można tam spotkać nieliczne niedźwiedzie, kilka wilków oraz kojotów i nie ma praktycznie żadnych lwów górskich. Jednak z drugiej strony, częściowo dzięki wymarciu dużych drapieżników, bardzo zwiększyła się populacja jeleni.

Tysiąc lat temu w lasach Nowego Jorku byłoby pełno kasztanowców. Przed zarazą, która na początku XX wieku nawiedziła lasy we wschodnich rejonach Ameryki Północnej, 25 procent ich drzewostanu stanowiły kasztanowce. Obecnie pozostały po nich tylko pniaki. Na kasztanowce można jeszcze się natknąć w lasach Nowej Anglii. Od czasu do czasu ostatnie ocalałe drzewa wypuszczają pędy, które jednak szybko więdną wskutek zarazy. Pewnego niezbyt odległego dnia te drzewa także obumrą.

W tych lasach powszechnie występowałyby wilki, szczególnie w głębi lądu. Moglibyśmy tam spotkać również lwy górskie⁷ oraz gołębie wędrowne⁸. Z pewnością nie spotkalibyśmy za to dżdżownic. Nie było ich w Nowej Anglii, kiedy przybyli tam koloniści z Europy. Aby poznać przyczynę ich braku, zróbmy kolejny krok w przeszłość.

10 tysięcy lat temu

Dziesięć tysięcy lat temu Ziemia wychodziła właśnie z bardzo zimnego okresu swojej historii. Zniknęły wówczas wielkie połacie lodu pokrywające Nową Anglię. Dwadzieścia dwa tysiące lat temu południowa krawędź lodowca znajdowała się w pobliżu Staten Island, ale 18 tysięcy lat temu wycofała się już na północ od miasta Yonkers⁹. Do czasu pojawienia się ludzi 10 tysięcy lat temu większość lodowca znalazła się poza obecną kanadyjską granicą.

Połacie pokrywy lodowej przeorały powierzchnię ziemi aż do skały macierzystej. Przez następne 10 tysięcy lat życie powoli przesuwało się z powrotem na północ. Niektórym gatunkom zajęło to mniej czasu niż innym, ale gdy Europejczycy dobili do Nowej Anglii, dżdżownice jeszcze tam nie dotarły.

Wycofujący się lodowiec gubił wielkie kawałki lodu, które potem topniały i pozostawiały po sobie wypełnione wodą zagłębienia, zwane jeziorami wytopiskowymi. Jezioro Oakland, położone w pobliżu północnego końca Springfield Boulevard w Queens, jest właśnie jednym z takich jezior wytopiskowych. Lodowiec pozostawił po sobie także głazy, które zgromadził podczas swojej wędrówki. Niektóre z tych skał, zwane głazami narzutowymi, można obecnie napotkać w Central Parku.

Pod lodem płynęły pod dużym ciśnieniem rzeki wody z topniejącego lodowca. Osadzały na swojej drodze piach i żwir. Złoża te w formie wałów zwanych ozami przecinają krajobraz w lasach w pobliżu mojego domu w Bostonie. Im także zawdzięczamy rozmaite dziwne formacje terenu, między innymi jedyne na świecie koryta rzeki w kształcie litery U.

100 tysięcy lat temu

Sto tysięcy lat temu świat mógł wyglądać podobnie jak dzisiaj¹⁰. Żyjemy w czasach szybkich, cyklicznych zlodowaceń, ale przez ostatnie 10 tysięcy lat nasz klimat był stabilny¹¹ i ciepły. Sto tysięcy lat temu Ziemia zbliżała się do końca podobnego okresu stabilności klimatu. Nazywamy go interglacjałem sangamońskim. Istniejący wówczas ekosystem podobny był do obecnego.

Geografia wybrzeża była jednak zupełnie inna. Staten Island, Long Island, Nantucket i Martha’s Vineyard były wtedy tarasami wypiętrzonymi jakby przez buldożer po niedawnej wędrówce lodowca. Setki tysięcy lat temu obszar przybrzeżny usiany był wyspami. W lasach spotkalibyśmy wiele żyjących dzisiaj gatunków zwierząt: ptaki, wiewiórki, jelenie, wilki, niedźwiedzie czarne, ale natknęlibyśmy się również na kilka wstrząsających niespodzianek. Aby dowiedzieć się o nich czegoś więcej, zajmijmy się tajemniczym widłorogiem.

Współczesny widłoróg (Antilocapra americana) jest zagadkowym zwierzęciem, które bardzo szybko biega – szybciej, niż musi. Może osiągnąć prędkość prawie 90 kilometrów na godzinę i utrzymywać ją na długim dystansie. Nawet najszybsze drapieżniki, wilki i kojoty, osiągają w sprincie prędkość około 55 kilometrów na godzinę. Dlaczego więc widłorogi potrafią tak szybko biegać?

Odpowiedź brzmi: ponieważ środowisko, w jakim ewoluowały, było o wiele bardziej niebezpieczne od dzisiejszego. Setki tysięcy lat temu lasy Ameryki Północnej były domem dla takich gatunków zwierząt, jak wilk straszny (Canis dirus), niedźwiedź krótkopyski (Arctodus) oraz kot szablastozębny (Smilodon fatalis), szybszych i bardziej zabójczych niż dzisiejsze drapieżniki. Wszystkie one zniknęły z powierzchni Ziemi w okresie wymierania na przełomie plejstocenu i holocenu, krótko po tym, jak na kontynencie pojawili się pierwsi ludzie¹².

Jeśli przeniesiemy się jeszcze głębiej w przeszłość, spotkamy tam innego przerażającego drapieżnika.

Milion lat temu

Milion lat temu, przed ostatnim wielkim zlodowaceniem, na Ziemi było bardzo ciepło.

Był to środkowy okres czwartorzędu; współczesne epoki lodowcowe rozpoczęły się kilka milionów lat wcześniej, ale w ruchach lodowców panował zastój, a klimat był stosunkowo stabilny.

Do drapieżników, które spotkaliśmy wcześniej, zwinnych stworzeń polujących na widłorogi, dołączył kolejny przerażający mięsożerca, długonoga hiena przypominająca współczesnego wilka. Niegdyś hienę można było spotkać głównie w Afryce i w Azji, ale kiedy poziom mórz się obniżył, pewien gatunek przedostał się przez Cieśninę Beringa do Ameryki Północnej. Ponieważ dokonał tego tylko jeden gatunek hieny, nazwano go Chasmaporthetes, to znaczy „jedyny, który zobaczył kanion”.

Kolejne pytanie Marka zmusza nas do wykonania ogromnego skoku w przeszłość.

Miliard lat temu

Miliard lat temu płyty kontynentalne tworzyły jeden wielki superkontynent. Nie była to dobrze nam znana Pangea, ale jej poprzedniczka Rodinia. Dane geologiczne nie są jednoznaczne, ale najprawdopodobniej wyglądała ona tak jak na obrazku poniżej.

W czasach gdy istniała Rodinia, podłoże skalne znajdujące się obecnie pod Manhattanem nie było jeszcze uformowane, ale głęboko położone skały Ameryki Północnej już były stare. Część kontynentu, na której obecnie leży Manhattan, znajdowała się prawdopodobnie w głębi lądu połączonego z obecną Angolą i Afryką Południową.

W tym pradawnym świecie nie było roślin i zwierząt. Oceany tętniły życiem, ale wszystkie organizmy były jednokomórkowe. Powierzchnię wody pokrywały dywany niebieskozielonych alg. Te skromne stworzenia to najpotworniejsi zabójcy w całej historii życia na Ziemi. Takie algi, czyli sinice, były pierwszymi organizmami fotosyntetyzującymi. Wdychały one dwutlenek węgla, a wydychały tlen. Tlen jest gazem lotnym, powodującym rdzewienie żelaza (oksydację) i palenie się drewna (gwałtowną oksydację). Pierwsze sinice wydychały tlen, który był trujący dla prawie wszystkich innych form życia. Spowodowane jego obecnością wymieranie organizmów nazywane jest dziś katastrofą tlenową.

Po tym, jak sinice wpompowały do atmosfery i wody ogromne ilości toksycznego tlenu, inne stworzenia wyewoluowały w taki sposób, aby wykorzystać jego właściwości do zapoczątkowania nowych procesów biologicznych. Ludzie są potomkami tych pierwszych organizmów oddychających tlenem.

Wciąż nie jesteśmy pewni, jak dokładnie to wszystko wyglądało. Bardzo trudno jest odtworzyć świat sprzed miliarda lat. Pytanie Marka zabiera nas tymczasem w jeszcze bardziej niepewne obszary: do przyszłości.

Za milion lat

Prędzej czy później ludzkość wymrze. Nikt nie wie, kiedy to nastąpi¹³, ale nic nie trwa wiecznie. Niewykluczone, że dotrzemy do gwiazd i przetrwamy miliardy albo biliony lat. A może nasza cywilizacja upadnie, ulegniemy chorobom i głodowi, a ostatni z nas zostaną zjedzeni przez koty? Może kilka godzin po przeczytaniu tego zdania wszyscy zostaniemy zabici przez nanoboty? Nikt nie zna odpowiedzi.

Milion lat to dużo czasu, kilka razy więcej, niż istnieje Homo sapiens, i setki razy dłużej niż język pisany. Rozsądne wydaje się zatem założenie, że niezależnie od tego, jak potoczy się historia ludzkości, Ziemia znajdzie się na zupełnie innym etapie rozwoju.

Bez nas skorupa ziemska będzie stopniowo ścierana przez wiatry, deszcze oraz burze piaskowe, które zniszczą i pogrzebią wytwory naszej cywilizacji. Zmiany klimatu spowodowane przez człowieka prawdopodobnie tylko opóźnią rozpoczęcie kolejnego zlodowacenia; cykl epok lodowcowych nie został jeszcze zakończony. W końcu lodowce znów zaczną się przemieszczać. Za milion lat nie zostanie po nas zbyt wiele.

Prawdopodobnie najdłużej będzie się rozkładać warstwa plastików pokrywająca naszą planetę. Wydobywanie ropy naftowej i rozsiewanie po całej Ziemi wytrzymałych i trwałych polimerów otrzymanych w wyniku jej przeróbki to nasz niechlubny „odcisk palca”, który przetrwa inne dokonania ludzkości. Nasze plastiki zostaną zmielone i pogrzebane, a być może nawet jakieś mikroby nauczą się je trawić. Najprawdopodobniej jednak właśnie te wszechobecne warstwy przetworzonych węglowodorów – fragmentów butelek po szamponie i torebek na zakupy – będą za miliony lat chemicznym pomnikiem naszej cywilizacji.

Bardzo odległa przyszłość

Słońce stopniowo świeci coraz jaśniej. Przez trzy miliardy lat skomplikowany system sprzężeń zwrotnych utrzymywał temperaturę na Ziemi na prawie jednakowym poziomie, mimo że temperatura Słońca stawała się coraz wyższa.

Za miliardy lat tych sprzężeń już nie będzie. Oceany, które dotąd dawały pożywienie i ochłodę różnym formom życia, staną się ich największymi wrogami. Wygotują się w gorących promieniach słonecznych, a naszą planetę otoczy gruba warstwa pary wodnej, powodująca stale zwiększający się efekt cieplarniany. Za miliardy lat Ziemia stanie się drugą Wenus. W wyniku nagrzewania się naszej planety cała woda prawdopodobnie wyparuje, a atmosferę ziemską zastąpi para unosząca się z wrzącej skorupy ziemskiej. Ostatecznie po kilku kolejnych miliardach lat zostaniemy pochłonięci przez powiększające się Słońce.

Ziemia ulegnie spopieleniu, a wiele cząsteczek, z których składał się Times Square, zostanie wyrzuconych w Kosmos przez gasnące Słońce. W postaci chmur pyłu będą wędrować po Wszechświecie i być może powstaną z nich nowe gwiazdy i planety. Jeżeli ludzkość opuści Układ Słoneczny i przetrwa śmierć Słońca, nasi potomkowie zamieszkają być może na jednej z tych planet. Atomy z Times Square po przejściu przez jądro Słońca uformują ciała naszych potomków.

Pewnego dnia albo wszyscy umrzemy, albo wszyscy będziemy nowojorczykami.

Bratnie dusze

A gdyby tak każdy z nas miał na świecie tylko jedną, przypadkowo dobraną bratnią duszę?

Benjamin Staffin

Cóż to byłby ZA KOSZMAR!

Istnieje wiele problemów związanych z koncepcją pojedynczej, losowo dobranej bratniej duszy. Śpiewał o tym Tim Minchin w piosence If I Didn’t Have You (Gdybym Ciebie nie miał):

Twoja miłość jest jedna na milion;

Nie można jej kupić za żadną cenę…

Ale spośród 9999 setek tysięcy innych miłości –

Statystycznie rzecz biorąc – niektóre mogłyby być równie wspaniałe.

A gdybyśmy mieli tylko jedną, przypadkowo dobraną, doskonałą bratnią duszę i nie moglibyśmy być szczęśliwi z nikim innym? Czybyśmy się odnaleźli?

Załóżmy, że bratnia dusza wybierana jest w momencie urodzenia. Nie wiemy, kim jest i gdzie mieszka nasza druga połówka, ale – jak w romantycznym filmie – rozpoznamy ją w chwili, gdy nasze oczy się spotkają.

I tu od razu rodzi się kilka pytań. Czy ta bratnia dusza jeszcze żyje? Setki miliardów ludzi żyły na Ziemi do tej pory, ale obecnie żyje ich tylko 7 miliardów (co daje rasie ludzkiej wskaźnik śmiertelności na poziomie 93%). Gdybyśmy byli dobierani przypadkowo, 90 procent naszych bratnich dusz dawno by już nie żyło.

Brzmi to koszmarnie, ale może być jeszcze gorzej. Nie możemy się przecież ograniczać tylko do ludzi żyjących do tej pory; musimy brać pod uwagę także nieznaną liczbę osób, które dopiero się urodzą. Przecież jeśli ktoś może być naszą bratnią duszą w odleg- łej przeszłości, to w odległej przyszłości też muszą istnieć bratnie dusze. Jakkolwiek by było, istnieje tam bratnia dusza naszej bratniej duszy.

Załóżmy więc, że nasza bratnia dusza żyje w tym samym czasie co my. Co więcej, aby uniknąć dziwnych sytuacji, różnica wieku między nami nie może być większa niż kilka lat (to większe ograniczenie niż standardowa reguła wieku partnerów¹⁴, ale jeśli założymy, że trzydziestolatkowie i czterdziestolatkowie mogą być dla siebie bratnimi duszami, okaże się, że reguła wieku zostanie złamana, jeśli spotkają się piętnaście lat wcześniej). Gdybyśmy zastosowali to ograniczenie wieku, większość z nas miałaby około pół miliarda potencjalnych bratnich dusz.

A co z płcią i orientacją seksualną? Różnicami kulturowymi i językowymi? Aby jeszcze bardziej ograniczyć pole wyboru, moglibyśmy wziąć pod uwagę także dane demograficzne, ale wtedy odeszlibyśmy od idei losowo dobranej bratniej duszy. Nasz scenariusz zakłada, że nie wiemy nic o naszej bratniej duszy, dopóki nie spojrzymy jej w oczy. Każdy musiałby zatem mieć tylko jedną orientację: ku swojej bratniej duszy.

Mimo to szanse spotkania bratniej duszy byłyby niewiarygodnie małe. Liczba obcych osób, z którymi nawiązujemy codziennie kontakt wzrokowy, może się wahać od bliskiej zera (introwertycy lub ludzie mieszkający w małych miasteczkach) do wielu tysięcy (policjant na Times Square). Załóżmy, że codziennie patrzymy w oczy kilkudziesięciu obcym osobom (dla mnie jako introwertyka to i tak o wiele za dużo). Gdyby tylko 10 procent z nich było w zbliżonym do nas wieku, w ciągu naszego życia dałoby to liczbę 50 tysięcy osób.

Jeżeli założymy, że mamy 500 milionów potencjalnych bratnich dusz, szansa odnalezienia kiedykolwiek naszej prawdziwej miłości wynosiłaby 1 do 10 tysięcy.

W obliczu tak wysokiego ryzyka śmierci w samotności społeczeństwo powinno zorganizować możliwość nawiązywania jak najczęstszego kontaktu wzrokowego. Powinniśmy ustawiać obok siebie ogromne przenośniki taśmowe, na których przesuwałyby się rzędy spoglądających na siebie ludzi…

…lecz jeśli kontakt wzrokowy lepiej nawiązuje się za pomocą kamer internetowych, moglibyśmy po prostu zastosować zmodyfikowaną wersję strony internetowego ChatRoulette.

Gdyby każdy korzystał z tego systemu przez osiem godzin dziennie, siedem dni w tygodniu, i gdybyśmy w kilka sekund mogli stwierdzić, że oto mamy przed sobą naszą bratnią duszę, teoretycznie wszyscy ludzie odnaleźliby swoje połówki w ciągu kilkudziesięciu lat. (Zrobiłem symulacje kilku prostych systemów, aby oszacować, jak szybko ludzie dobieraliby się w pary i wypadali z puli dostępnych singli. Gdybyście chcieli wykonać obliczenia dla konkretnego modelu, zacznijcie od przyjrzenia się problemom zliczania nieporządku).

W istocie wielu ludzi ma zbyt mało czasu na jakikolwiek romans – tylko nieliczni mogą poświęcić na to 20 lat. Chyba tylko dzieci z bogatych rodzin mogłyby pozwolić sobie na to, aby usiąść do SoulMateRoulette. Pechowo dla tego przysłowiowego jednego procenta większość przeznaczonych im bratnich dusz znalazłaby się wśród pozostałych 99 procent. Gdyby z tego serwisu korzystał tylko jeden procent bogatych, wówczas jeden procent osób z tego procenta znalazłby swoją połówkę – 1 na 10 tysięcy.

Pozostałe 99 procent z tego procenta¹⁵ miałoby motywację, żeby namówić więcej osób na korzystanie z systemu. Mogliby oni finansować przedsięwzięcia charytatywne mające na celu zapewnienie wszystkim ludziom dostępu do komputera – i połączyć w ten sposób projekt Laptop dla Każdego Dziecka (One Laptop per Child) z internetową stroną OKCupid. Stanowiska takie jak kasjer czy policjant na Times Square stałyby się bardzo cenione ze względu na duże możliwości nawiązywania kontaktu wzrokowego. Ludzie przybywaliby do miast i zbierali się w miejscach publicznych, aby znaleźć swoją połówkę – podobnie jak czynią to obecnie.

Jednak nawet wtedy, gdyby garstka ludzi spędziła lata przy internetowej SoulMateRoulette, inna grupa dostałaby pracę umożliwiającą stały kontakt wzrokowy z nieznajomymi, a reszta zdałaby się na łut szczęścia, tylko nieliczni kiedykolwiek znaleźliby prawdziwą miłość. Pozostali mieliby po prostu pecha. Pod wpływem stresu i presji społecznej wiele osób zaczęłoby udawać. Pragnienie dołączenia do klubu szczęśliwców sprawiałoby, że dogadywaliby się z inną samotną osobą i organizowali udawane spotkania z bratnią duszą. Pobieraliby się, ukrywali swoje problemy w związku i starali się zachowywać pozory wobec przyjaciół i rodziny.

Świat przypadkowych bratnich dusz byłby pełen samotnych ludzi. Miejmy nadzieję, że nie jest to świat, w którym żyjemy.

Wskaźnik laserowy

Czy gdyby wszyscy mieszkańcy Ziemi skierowali jednocześnie wskaźniki laserowe na Księżyc, zmieniłby on kolor?

Peter Lipowicz

GDYBYŚMY UŻYLI zwykłych wskaźników laserowych, to NIE.

Przede wszystkim nie wszyscy widzimy Księżyc w tym samym czasie. Co prawda moglibyśmy wszyscy zebrać się w jednym miejscu, ale weźmy po prostu moment, w którym satelita Ziemi jest widziany przez największą możliwą liczbę osób. Ponieważ 75 procent ludności świata mieszka pomiędzy południkami: zerowym i 120° długości geograficznej wschodniej, powinniśmy wybrać czas, kiedy Księżyc znajduje się gdzieś nad Morzem Arabskim.

Wybierzmy teraz fazę Księżyca, w jakiej przeprowadzimy eksperyment. Nasz satelita w nowiu ma tak ciemną powierzchnię, że jest niewidoczny z Ziemi, łatwiej byłoby więc dostrzec światło naszych laserów. Jednak Księżyc w nowiu to trudniejszy cel; ponieważ widzimy go przeważnie w ciągu dnia, zniweczyłoby to efekt naszej próby. Wybierzmy zatem satelitę Ziemi w fazie półksiężyca, aby móc ocenić działanie naszych laserów zarówno na ciemnej, jak i na jasnej jego stronie.

Oto nasz cel.

Typowy wskaźnik laserowy czerwony ma moc pięciu miliwatów. Dobry model wytwarza wiązkę wystarczająco mocną, aby dosięgła Księżyca i po dotarciu do celu pokryła sporą jego powierzchnię. Atmosfera ziemska rozproszyłaby nieznacznie wiązkę laserową i pochłonęła część światła, jednak w większości doleciałoby ono do satelity Ziemi¹⁶.

Załóżmy, że każdy z nas musiałby tylko trafić wiązką w Księżyc, a światło rozłożyłoby się równomiernie na jego powierzchni. Pół godziny po północy (GMT) wszyscy celujemy w satelitę Ziemi, naciskamy przycisk i oto co się dzieje!

No cóż, efekt jest rozczarowujący.

Nic w tym dziwnego. Słońce ogrzewa Księżyc z mocą wynoszącą trochę ponad kilowat na metr kwadratowy. Ponieważ powierzchnia przekroju satelity Ziemi wynosi około 1013 metrów kwadratowych, pławi się on w świetle słonecznym o mocy 1016 watów, czyli 10 petawatów. Daje to dwa megawaty na osobę, więc przyćmiewa zupełnie nasze 5-miliwatowe wskaźniki laserowe. Różne elementy naszego systemu można poprawić, ale ta podstawowa zasada nie ulegnie zmianie.

Laser o mocy jednego wata jest bardzo niebezpiecznym urządzeniem. Może nie tylko oślepić, ale także poparzyć skórę i spowodować pożar. W USA takich laserów nie można legalnie kupić w sklepach.

Wolne żarty! Znajdziemy je po 300 dolarów, kiedy wpiszemy w wyszukiwarkę: „ręczny laser o mocy jednego wata”.

Załóżmy, że wydamy 2 biliony dolarów na jednowatowe zielone lasery dla każdego. (Uwaga, politycy: tym sposobem zdobylibyście mój głos). Poza tym, że zielony laser jest mocniejszy, światło o tym kolorze znajduje się bliżej środkowego zakresu widzialnego spektrum i ludzkie oko odbiera je jako jaśniejsze.

Efekt poniżej.

Psiakrew.

Zastosowane przez nas wskaźniki laserowe dają światło o strumieniu około 150 lumenów (to więcej niż w większości latarek) i wiązce o szerokości pięciu minut kątowych. Rozjaśniłyby one powierzchnię Księżyca światłem o natężeniu zaledwie pół luksa w porównaniu ze 130 tysiącami luksów światła słonecznego. (Nawet gdyby wszystkie lasery skierować w to samo miejsce, uzyskalibyśmy światło o natężeniu sześciu luksów na jakichś 10 procentach powierzchni satelity Ziemi).

Dla porównania Księżyc rozświetla powierzchnię Ziemi światłem o natężeniu jednego luksa, co oznacza, że nasze lasery byłyby zbyt słabe, aby zobaczyć efekt ich działania z naszej planety. Co więcej, gdybyśmy nawet znajdowali się na powierzchni Księżyca, światło laserów byłoby tam słabsze niż światło Księżyca widziane z Ziemi.

Dzięki postępom w udoskonalaniu baterii litowych i technologii LED w ciągu ostatnich 10 lat dynamicznie rozwinął się rynek bardzo wydajnych latarek. Oczywiste jest jednak, że latarki nie na wiele nam się przydadzą. Dajmy więc każdemu Nightsun.

Nie dla każdego ucha ta nazwa brzmi znajomo, ale być może widzieliście je w akcji. Są to reflektory montowane na helikopterach policji i straży przybrzeżnej. Dają one światło o strumieniu 50 tysięcy lumenów, co wystarcza, aby na znacznym obszarze Ziemi zamiast nocy zapanował dzień.

Wiązka światła ma kilka stopni szerokości, a zatem aby uzyskać kąt pół stopnia, potrzebny do trafienia w Księżyc, musielibyśmy zastosować soczewki.

Może nie rzuca się to w oczy, ale jest pewien postęp! Wiązka światła ma teraz natężenie 20 luksów, a to dwukrotnie więcej niż naturalne oświetlenie ciemnej połowy Księżyca! Trudno ją jednak dostrzec, a z pewnością nie ma żadnego wpływu na jaśniejszą połowę satelity Ziemi.

Zamieńmy teraz nasze Nightsuny na projektory IMAX – każdy składający się z pary chłodzonych wodą lamp o łącznej mocy 30 tysięcy watów.

Efektów nadal nie widać.

Jednak nic straconego. Na dachu hotelu Luxor w Las Vegas znajduje się najpotężniejszy reflektor na Ziemi. Dajmy każdemu po jednym. I dołóżmy jeszcze po zestawie soczewek, aby skupić całą wiązkę światła na Księżycu.

Nasze światło jest wyraźnie widoczne, zadanie zostało więc wykonane! Dobra robota.

No cóż…

Departament Obrony opracował lasery o mocy wielu megawatów, przeznaczone do niszczenia rakiet w locie. YAL-I był chemicznym laserem tlenowo-jodowym tego typu, zamontowanym na pokładzie boeinga 747. Działał w podczerwieni, jego światło nie było więc widoczne dla ludzkiego oka, ale można sobie wyobrazić równie potężny laser pracujący w świetle widzialnym.

Wreszcie udało nam się dorównać jasności światła słonecznego!

Dostarczyliśmy pięciu petawatów mocy, czyli dwukrotność średniego światowego poboru mocy.

Okej, umieśćmy zatem megawatowy laser na każdym metrze kwadratowym powierzchni Azji. Aby zapewnić zasilanie dla takiego zestawu 50 bilionów laserów przez mniej więcej dwie minuty, zużylibyśmy całe światowe zasoby ropy naftowej. Za to przez te dwie minuty Księżyc wyglądałby tak jak poniżej.

Księżyc świeciłby równie jasno, jak Słońce o poranku, a po dwóch minutach jego regolit rozżarzyłby się od gorąca.

Okej, posuńmy się w naszej fantazji jeszcze o krok dalej.

Najpotężniejszy laser na Ziemi znajduje się w Narodowym Zakładzie Zapłonu (National Ignition Facility), laboratorium zajmującym się fuzją jądrową. Jest to laser ultrafioletowy o mocy wyjściowej 500 terawatów. Wytwarza on jedynie pojedyncze impulsy trwające kilka nanosekund, a cała uwolniona przy tej okazji energia równa jest energii zawartej w ćwiartce filiżanki benzyny.

Wyobraźmy sobie, że uda nam się znaleźć jakiś sposób, żeby nieprzerwanie dostarczać takiemu laserowi energię potrzebną do działania, a każdy z nas otrzyma taki laser i skieruje go w stronę Księżyca. Niestety, przepływ tak ogromnej energii zamieni atmosferę Ziemi w plazmę, która natychmiast zapali się na powierzchni naszej planety i zabije nas wszystkich. Załóżmy jednak, że światło lasera w jakiś sposób przenikałoby przez atmosferę bez wzajemnego oddziaływania.

Okazuje się, że wówczas Ziemia również może stanąć w płomieniach. Światło odbite od Księżyca byłoby 4 tysiące razy silniejsze od światła słonecznego w południe – wystarczająco jasne, aby wszystkie oceany wygotowały się w ciągu roku.

Dajmy spokój Ziemi – co stałoby się z Księżycem? Sam laser wywierałby dostatecznie duże ciśnienie promieniowania, aby przyspieszyć ruch Księżyca mniej więcej o jedną dziesięciomilionową przyspieszenia ziemskiego. Przyspieszenie to byłoby niezauważalne w krótkim okresie, ale po latach satelita Ziemi zostałby za jego sprawą wypchnięty z orbity okołoziemskiej… oczywiście gdyby ciśnienie promieniowania było jedynym czynnikiem, jaki powinniśmy brać pod uwagę.

Czterdzieści megadżuli energii wystarczy, aby odparować kilogram skały. Przy założeniu, że skały księżycowe mają średnią gęstość około trzech kilogramów na decymetr sześcienny, lasery dostarczałyby energię wystarczającą do odparowania czterech metrów skały macierzystej Księżyca na sekundę:

Jednak w rzeczywistości skały Księżyca nie wyparowałyby tak szybko – z bardzo ważnego powodu. Po odparowaniu bryła skalna nie znika tak po prostu. Warstwa powierzchniowa Księżyca stałaby się plazmą, która wciąż blokowałaby drogę wiązce światła.

Nasz laser dostarczałby plazmie coraz więcej energii i nieustannie by ją podgrzewał. Cząsteczki odbijałyby się od siebie, uderzały w powierzchnię Księżyca i w końcu wylatywały w przestrzeń kosmiczną z ogromną prędkością.

Ten przepływ materii zamieniłby w rezultacie całą powierzchnię satelity Ziemi w silnik rakietowy, w dodatku zaskakująco wydajny. Zastosowanie laserów do usuwania warstwy powierzchniowej materiału nazywamy ablacją laserową i jest to obiecująca metoda napędzania statków kosmicznych.

Wprawdzie Księżyc jest masywny, ale plazma z niszczonych skał powoli i zdecydowanie zaczęłaby odpychać go od Ziemi. (Strumień plazmy zdarłby także powierzchnię naszej planety, niszcząc przy okazji lasery, ale przyjmijmy, że są one niezniszczalne). Plaz- ma zniszczyłaby również powierzchnię Księżyca w skomplikowanej interakcji, trudnej do pokazania za pomocą symulacji.

Jeżeli założymy, że cząsteczki plazmy poruszają się ze średnią prędkością 500 kilometrów na sekundę, po kilku miesiącach Księżyc zostałby wypchnięty poza zasięg naszego lasera. Zachowałby większą część swojej masy, ale znalazłby się poza wpływem ziemskiej grawitacji i zacząłby krążyć wokół Słońca po asymetrycznej orbicie.

Formalnie rzecz biorąc, Księżyc nie stałby się nową planetą zgodnie z definicją Międzynarodowej Unii Astronomicznej (IAU). Ponieważ jego orbita przecinałaby ziemską, zostałby uznany za planetę karłowatą, taką jak Pluton. Nowa orbita Księżyca byłaby narażona na trudne do przewidzenia okresowe zaburzenia. W końcu Księżyc zostałby wyrzucony jak z procy w kierunku Słońca lub zewnętrznej części Układu Słonecznego, ewentualnie uderzyłby w jedną z planet – całkiem możliwe, że w Ziemię. Trzeba przyznać, że zasłużylibyśmy sobie na taki los.

A oto efekt!

I wreszcie moc byłaby wystarczająca.

Mur pierwiastków

Co by się stało, gdybyśmy stworzyli układ okresowy pierwiastków z cegieł w kształcie sześcianów, a każda cegła byłaby zbudowana tylko z jednego pierwiastka?

Andy Connolly

SĄ LUDZIE, KTÓRZY kolekcjonują pierwiastki. Starają się zdobyć próbki możliwie jak największej liczby pierwiastków i umieszczają je w gablotach, poukładane w rzędach, tak jak w układzie okresowym¹⁷.

Trzydzieści ze 118 pierwiastków – takich jak hel, węgiel, glin i żelazo – można kupić w czystej formie. Kolejne kilkadziesiąt można odzyskać z różnych przedmiotów (niewielkie ilości ameryku znajdują się w wykrywaczach dymu). Jeszcze inne można zamówić przez internet.

W sumie możliwe jest zdobycie próbek około 80 pierwiastków – lub 90, jeśli macie ochotę podjąć ryzyko związane z własnym zdrowiem, bezpieczeństwem i wpisem do policyjnej kartoteki. Pozostałe są zbyt radioaktywne lub nietrwałe, aby można było uzyskać więcej niż kilka atomów każdego z nich.

Ale gdyby się jednak udało?

Układ okresowy pierwiastków ma siedem rzędów¹⁸.

• Dwa pierwsze rzędy ułożylibyśmy bez problemu.

• Trzeci rząd by nas spalił.

• Czwarty rząd zabiłby nas toksycznym dymem.

• Piąty rząd zrobiłby z nami wszystko to, co poprzednie, oraz podarowałby nam umiarkowaną dawkę promieniowania.

• Szósty rząd wybuchłby gwałtownie, niszcząc budynek. Pozostawiłby po sobie radioaktywną chmurę, toksyczny dym i pył.

• Nie budujcie siódmego rzędu!

Zacznijmy od góry. Pierwszy rząd jest prosty, nawet nudny.

Sześcian z wodoru uniósłby się do góry jak balon bez powłoki i rozproszył. To samo stałoby się z helem.

Drugi rząd jest bardziej skomplikowany.

Lit natychmiast by zmatowiał. Beryl jest dość toksyczny, trzeba z nim postępować ostrożnie i nie dopuścić do rozpylenia go w powietrzu. Tlen i azot krążyłyby w powiet- rzu, powoli się rozpraszając. Neon odpłynąłby w siną dal¹⁹. Bladożółty gaz fluor rozprzestrzeniłby się i osiadł na powierzchni ziemi. Fluor jest najbardziej reaktywnym i żrącym pierwiastkiem układu okresowego. Prawie każda substancja poddana działaniu czystego fluoru zajęłaby się ogniem.

Rozmawiałem o takim scenariuszu z chemikiem organicznym Derekiem Lowe’em²⁰. Jego zdaniem fluor nie wszedłby w reakcję z neonem i „zaobserwowalibyśmy rodzaj zbrojnego rozejmu z chlorem, ale jeżeli chodzi o pozostałe pierwiastki, to lepiej nie mówić”. Gdyby fluor się rozprzestrzenił, narobiłby problemów nawet w dalszych rzędach, gdyby zaś zetknął się z jakąkolwiek wilgocią, powstałby żrący kwas fluorowodorowy.

Nawet śladowa ilość fluoru wciągnięta z powietrzem do wnętrza ciała poważnie uszkodziłaby lub zniszczyła nasz nos, płuca, usta, oczy i w końcu całą resztę. Nie obylibyśmy się bez maski gazowej. Należy pamiętać, że fluor przeżarłby większość materiałów, z jakich zrobione są maski, trzeba by je więc najpierw przetestować. Dobrej zabawy!

A teraz przejdźmy do trzeciego rzędu!

Połowa z przytoczonych tu informacji pochodzi z encyklopedii naukowej CRC Handbook of Chemistry and Physics, a druga połowa z brytyjskiego serialu komediowego Look Around You.

Tutaj największym awanturnikiem jest fosfor. Czysty fosfor występuje w kilku postaciach. Fosfor czerwony jest w miarę bezpieczny. Fosfor biały ulega spontanicznemu zapłonowi w kontakcie z powietrzem, płonie gorącym, trudnym do ugaszenia płomieniem i jest bardzo toksyczny²¹.

Siarka w normalnych warunkach nie stwarzałaby żadnych problemów, najwyżej brzydko by pachniała. Nasza siarka upchnięta jest jednak między zapalającym fosforem po lewej… a fluorem i chlorem po prawej stronie. Podobnie jak wiele innych substancji, siarka wystawiona na działanie czystego gazu fluorowego szybko się zapala.

Obojętny chemicznie argon jest cięższy od powietrza, rozprzestrzeniłby się więc i osiadł na powierzchni ziemi. Ale nie martwmy się argonem, mamy większe problemy.

W wyniku reakcji spalania powstałoby mnóstwo paskudnych substancji, takich jak heksafluorek siarki. Gdybyśmy przeprowadzali ten eksperyment w jakimś pomieszczeniu, zatrulibyśmy się toksycznym dymem, a cały budynek mógłby stanąć w płomieniach.

A to dopiero trzeci rząd. Dalej, do czwartego!

„Arsen” – to brzmi przerażająco. Istnieje ku temu dobry powód: ten pierwiastek jest toksyczny dla praktycznie wszystkich złożonych form życia. Czasami jednak panika, jaką odczuwamy w obliczu groźnych substancji chemicznych, jest nieproporcjonalna do realnego zagrożenia; śladowe ilości arsenu znajdują się w naszym pożywieniu oraz w wodzie i nikomu to nie szkodzi. To nie ten przypadek.

Zapalający się fosfor (teraz znajdujący się w towarzystwie łatwo zapalającego się potasu, równie podatnego na spontaniczny samozapłon) może doprowadzić do zapalenia się arsenu i uwolnienia dużych ilości trójtlenku arsenu. Substancja ta jest dość toksyczna, nie wdychajcie jej.

Czwarty rząd wytwarza także paskudny smród. Selen i brom weszłyby w gwałtowną reakcję, a Lowe mówi, że palący się selen „może zamienić zapach siarki w woń perfum Chanel”.

Gdyby glin przetrwał działanie ognia, stałoby się z nim coś bardzo dziwnego. Topiący się gal, znajdujący się pod glinem, nasączyłby go, zaburzając jego strukturę i zmieniając go w coś równie miękkiego i słabego jak mokry papier²².

Paląca się siarka zalałaby brom, który w temperaturze pokojowej jest cieczą. Tę cechę posiada jeszcze tylko jeden pierwiastek – rtęć. Poza tym jest to wyjątkowe paskudztwo. Nie sposób policzyć różnych toksycznych związków, które wydzieliłyby się na tym etapie spalania. Jeśli jednak podczas przeprowadzania tego eksperymentu znajdowalibyśmy się w bezpiecznej odległości, to może udałoby się nam przeżyć.

Piąty rząd zawiera coś interesującego: technet-99. To nasza pierwsza radioaktywna cegła. Technet jest pierwiastkiem o najniższej liczbie atomowej spośród tych, które nie posiadają stabilnych izotopów. Dawka promieniowania otrzymana z sześcianu tego metalu o objętości jednego litra byłaby spora, ale nie śmiertelna. Gdybyśmy przez cały dzień nosili kapelusz wykonany z tego pierwiastka lub wdychali go w formie pyłu, z pewnością byśmy nie przeżyli.

Jeśli nie liczyć technetu, piąty rząd byłby podobny do czwartego.

Marsz do szóstego rzędu! Niezależnie od tego, jak bardzo będziemy uważać, szósty rząd z pewnością nas zabije.

Ta wersja układu okresowego pierwiastków jest trochę szersza od tej, do której się przyzwyczailiśmy, ponieważ w rzędach 6. i 7. uwzględniliśmy lantanowce oraz aktynowce. (Pierwiastki te są zwykle umieszczane obok głównej tablicy, żeby nie była ona zbyt szeroka).

Szósty rząd układu okresowego zawiera kilka radioaktywnych pierwiastków, między innymi promet, polon²³, astat i radon. Astat jest tym złym²⁴.

Nie wiemy, jak wygląda, ponieważ – jak to ujął Lowe – „to coś po prostu nie chce istnieć”. Astat jest tak radioaktywny (z okresem połowicznego rozpadu liczonym w godzinach), że każdy większy kawałek tego pierwiastka wyparowałby pod wpływem własnego ciepła. Chemicy podejrzewają, że ma doskonale czarną powierzchnię, ale nie wiadomo, jak jest naprawdę. Astat nie posiada karty charakterystyki substancji. Gdyby istniała, byłoby to słowo „NIE”, wielokrotnie nagryzmolone na zwęglonym ciele.

Krótko mówiąc, nasz sześcian zawierałby więcej astatu, niż kiedykolwiek udało się zsyntetyzować. Celowo używam zwrotu „krótko mówiąc”, ponieważ zamieniłby się on błyskawicznie w kolumnę przegrzanego gazu. Samo ciepło spowodowałoby oparzenia trzeciego stopnia u wszystkich osób znajdujących się w pobliżu, a cały budynek zostałby zniszczony. Chmura gorącego gazu uniosłaby się szybko, wydzielając przy tym ciepło i promieniowanie.

Eksplozja byłaby w sam raz taka, żeby zapewnić maksymalnie dużo papierkowej roboty dla całego naszego laboratorium. Gdyby była mniejsza, pewnie poradzilibyśmy sobie sami. Gdyby natomiast eksplozja była potężniejsza, w całym mieście nie znalazłby się nikt, komu można by zlecić tę papierkową robotę. Z chmury sypałby się pył i spadały różne odłamki pokryte astatem, polonem oraz innymi radioaktywnymi substancjami, a cała okolica po stronie zawietrznej nie nadawałaby się do zamieszkania.

Poziom promieniowania byłby niewiarygodnie wysoki. Mrugnięcie powieką zajmuje kilkaset milisekund i w tak krótkim czasie otrzymalibyśmy śmiertelną dawkę promieniowania. Przyczyną śmierci byłoby coś, co można nazwać „ekstremalnie ostrym napromieniowaniem”.

Siódmy rząd byłby o wiele gorszy.

W najniższym rzędzie układu okresowego upchnięto całą gromadę dziwnych pierwiastków zwanych transuranowcami. Przez długi czas wiele z nich miało nazwy zastępcze, jak na przykład „unununium”, ale stopniowo przyznawane im są nazwy stałe.

Jednak nie ma co się spieszyć, ponieważ większość z tych pierwiastków jest tak niestała, że mogą powstawać tylko w akceleratorach cząstek i nie istnieją dłużej niż kilka minut. Jeśli mamy 100 tysięcy atomów liwermoru (pierwiastek 116), to po sekundzie zostanie nam jeden – a kilkaset milisekund później tego ostatniego też już nie będzie.

Pechowo dla naszego projektu transuranowce nie znikają spokojnie, lecz ulegają rozpadowi radioaktywnemu, przy czym większość z nich rozpada się na substancje, które również ulegają rozpadowi. Sześcian jakiegokolwiek pierwiastka rozpadłby się zatem w kilka sekund, uwalniając potężną ilość energii.

W rezultacie nie mielibyśmy do czynienia z czymś podobnym do eksplozji jądrowej – to byłaby eksplozja jądrowa. Jednak w odróżnieniu od bomby atomowej nie wystąpiłaby reakcja łańcuchowa, tylko zwykła reakcja. Wszystko stałoby się w jednej chwili.

Strumień energii natychmiast zamieniłby nas i całą resztę układu okresowego pierwiastków w plazmę. Wybuch przypominałby eksplozję jądrową średniej wielkości, jednak opad radioaktywny byłby o wiele, wiele gorszy – istna mieszanka wszystkich pierwiastków układu okresowego, zmieniających się, w co się da, i to najszybciej, jak to możliwe.

Nad miastem wzniósłby się grzyb atomowy. Wierzchołek tej chmury, napędzany własnym ciepłem, dotarłby do stratosfery. Gdybyśmy znajdowali się na obszarze zamieszkanym, początkowa liczba ofiar wybuchu byłaby szokująca, lecz o wiele gorsze skutki miałoby długotrwałe skażenie terenu spowodowane opadem radioaktywnym.

Opad ten nie byłby zwykłym, banalnym opadem radioaktywnym²⁵ – wyglądałoby to tak, jakby bomba jądrowa eksplodowała bez końca. Składniki opadu zostałyby rozniesione po całej Ziemi, a spowodowana tym aktywność promieniotwórcza byłaby tysiące razy większa niż po katastrofie w Czarnobylu. Ogromne obszary zostałyby spustoszone, a ich gruntowne oczyszczanie trwałoby całe stulecia.

Kolekcjonowanie różnych rzeczy daje z pewnością wiele radości, lecz jeśli chodzi o pierwiastki chemiczne, lepiej nie posiadać ich wszystkich.

Wszyscy skaczą

Co by się stało, gdyby wszyscy mieszkańcy Ziemi stanęli jak najbliżej siebie, podskoczyli i jednocześnie spadli na ziemię?

Thomas Bennett (oraz wielu innych)

JEST TO JEDNO z najczęściej zadawanych pytań na mojej stronie internetowej. Zagadnieniem tym już się zajmowano, między innymi na stronach internetowych ScienceBlogs i The Straight Dope. Pod względem kinematyki objaśniono to całkiem dobrze, ale sprawa jest bardziej złożona. Przyjrzyjmy się jej bliżej.

Na początku przyjmijmy, że wszyscy mieszkańcy naszej planety zostali w magiczny sposób przetransportowani w jedno miejsce.

Ich zgromadzenie zajmuje powierzchnię równą stanowi Rhode Island. Nie ma jednak żadnego powodu, aby używać nieprecyzyjnego stwierdzenia „powierzchnia równa stanowi Rhode Island”. To jest nasz scenariusz, więc możemy być bardziej konkretni. Niech oni faktycznie znajdą się na Rhode Island.

Punktualnie w południe wszyscy skaczą do góry!

Ten podskok nie będzie miał żadnego wpływu na naszą planetę. Ziemia jest ponad 10 bilionów razy cięższa od nas wszystkich. Człowiek w dobrej formie może podskoczyć na wysokość około pół metra. Nawet gdyby Ziemia była sztywna i zareagowała natychmiast, zostałaby zepchnięta w dół na odległość mniejszą od rozmiaru atomu.

A potem wszyscy spadną na ziemię.

W istocie Ziemia otrzyma wtedy mnóstwo energii, ale rozłoży się ona równomiernie na tak dużej powierzchni, że jedynym efektem będą ślady stóp w wielu ogródkach. Delikatny impuls ciśnienia przejdzie przez skorupę ziemską Ameryki Północnej i rozproszy się praktycznie bez żadnych następstw. Uderzenie tylu stóp o ziemię wywoła trwający wiele sekund dźwięk, przypominający głośny, przeciągły ryk.

W końcu nastanie cisza.

Chwilę potem wszyscy zaczną się rozglądać.

Wiele osób wymieni niepewne spojrzenia. Ktoś zakaszle.

Ktoś wyjmie z kieszeni telefon komórkowy. W ciągu kilku sekund w jego ślady pójdą pozostali. Wszystkie 5 miliardów telefonów – nawet te kompatybilne z lokalnymi sieciami – pokażą na wyświetlaczu różne wersje komunikatu BRAK SYGNAŁU. Sieci komórkowe nie wytrzymają takiego bezprecedensowego obciążenia. A poza stanem Rhode Island nieobsługiwane przez nikogo urządzenia przestaną działać.

Lokalny port lotniczy T.F. Green w Warwick obsługuje kilka tysięcy pasażerów dziennie. Jeśli założymy, że wszystko będzie perfekcyjnie zorganizowane (w tym misje rozpoznawcze wysyłane w celu zdobycia paliwa), lotnisko może działać przez lata z 500-procentową przepustowością, a tłum jakoś szczególnie się nie zmniejszy.

Wykorzystanie wszystkich pobliskich lotnisk i lokalnej kolejki wąskotorowej także niewiele zmieni w tej sytuacji. Tłumy ludzi mogą zaokrętować się na kontenerowce w dalekomorskim porcie Providence, ale problemem będzie zapewnienie im dostatecznej ilości pożywienia i wody na długą podróż morską.

Wszystkie pół miliona samochodów w Rhode Island zostanie zarekwirowanych. Wkrótce potem na autostradach międzystanowych I-95, I-195 i I-295 utworzą się największe w historii świata korki. Większość samochodów zostanie zablokowana przez tłumy ludzi, a nieliczni szczęśliwcy, którym uda się wydostać, rozpoczną podróż opuszczonymi drogami.

Niektórzy zdołają nawet dotrzeć poza Nowy Jork i Boston, zanim skończy im się paliwo. A ponieważ prądu raczej wszędzie będzie już brakowało, nie będzie sensu szukać stacji benzynowej. Łatwiej porzucić samochód i ukraść jakiś inny, bo kto nas powstrzyma? Wszyscy gliniarze będą przecież na Rhode Island.

Tłum ludzi dotrze do południowej części stanu Massachusetts i do Connecticut. Mało prawdopodobne, by spotykający się ludzie mówili tym samym językiem. Prawie nikt nie będzie znał okolicy. Stan Rhode Island stanie się miejscem, gdzie w sposób chaotyczny będą mieszać się lub zanikać istniejące dotychczas hierarchie społeczne. Wszędzie zapanuje przemoc. Wszyscy będą głodni i spragnieni, lecz w sklepach spożywczych nie da się nic kupić. Trudno będzie zdobyć wodę pitną i zapewnić jej dystrybucję.

W ciągu kilku tygodni Rhode Island stanie się cmentarzem dla miliardów ludzi.

Ci, którzy przeżyją, będą wędrować po całym świecie, próbując zbudować nową cywilizację na świeżych gruzach starej. Nasz gatunek przetrwa, ale jego populacja znacznie się zmniejszy. Orbita Ziemi zupełnie się jednak nie zmieni – nasza planeta będzie kręcić się tak jak dawniej, przed skokiem do góry całego naszego gatunku.

Teraz przynajmniej już to wiemy…

Mol kretów²⁶

Co by się stało, gdybyśmy zebrali mol (jednostka miary) kretów (małe, futrzane stworzenie) w jednym miejscu?

Sean Rice

TO ZAGADNIENIE JEST TROCHĘ makabryczne.

Na początek parę definicji.

Mol jest jednostką miary. Nie jest to jednak typowa jednostka, tylko liczba – taka jak tuzin czy miliard. Mol czegoś to 602 214 129 000 000 000 000 000 sztuk (zwykle zapisywane jako 6,022 × 1023). Ta liczba jest tak duża, ponieważ stosuje się ją do określania liczby całego mnóstwa cząsteczek²⁷.

Kret jest rodzajem ryjącego zwierzaka. Istnieje kilka gatunków kretów, niektóre z nich wyglądają naprawdę przerażająco²⁸.

Jak zatem wyglądałby mol kretów – czyli 602 214 129 000 000 000 000 000 zwierzaków?

Po pierwsze, zacznijmy od dość fantastycznych przewidywań. Ta sytuacja dobrze oddaje to, co dzieje się w mojej głowie, zanim jeszcze wezmę do ręki kalkulator, a jest mi to potrzebne, żeby wyobrazić sobie liczby, o jakich mowa. To ten rodzaj obliczeń, w których liczby 10 oraz 1 i 0,1 są na tyle zbliżone, że możemy je traktować jako równe.

Kret jest na tyle mały, że można go wziąć do ręki i nim rzucić[potrzebne źródło]. Zakładam, że dam radę rzucić czymś, co waży jeden funt. Przyjmijmy też, że funt to jeden kilogram. Liczba 602 214 129 000 000 000 000 000 wygląda na dwa razy dłuższą od biliona, czyli jest to bilion bilionów. Przypadkowo pamiętam, że tyle właśnie ważą planety.

…gdyby ktoś pytał, to nie ja wam mówiłem, że tak należy się uczyć matematyki.

To wystarczy, aby wyobrazić sobie, że mówimy o górze kretów w skali planetarnej. Moje oszacowanie jest bardzo ogólne, może ich być tysiące mniej albo tysiące więcej.

Obliczmy to dokładniej.

Kret Scalopus aquaticus waży około 75 gramów, co oznacza, że mol kretów waży:

To trochę więcej niż połowa masy Księżyca.

Ssaki składają się głównie z wody. Kilogram wody ma objętość jednego litra, jeśli więc krety ważą 4,52 × 1022 kilogramów, to zajmą objętość około 4,52 × 1022 litrów. Być może zwróciliście uwagę, że pominęliśmy wolne przestrzenie pomiędzy kretami. Zaraz okaże się dlaczego.

Pierwiastek sześcienny z 4,52 × 1022 litrów (inaczej: decymetrów sześciennych) wynosi 3562 kilometry, czyli mówimy o sześcianie, którego bok ma długość 3562 kilometry, lub o kuli, której promień ma długość 2210 kilometrów²⁹.

Gdyby wszystkie te krety wypuścić na powierzchnię Ziemi, grubość ich warstwy wyniosłaby 80 kilometrów – czyli w przybliżeniu sięgnęłaby miejsca, w którym (jak kiedyś sądzono) zaczyna się Kosmos.

Ten przytłaczający ocean mięsa pod działaniem wysokiego ciśnienia zniszczyłby większość form życia na naszej planecie, co mogłoby – ku przerażeniu użytkowników serwisu internetowego Reddit – zagrozić integralności systemu DNS. Wobec tego przeprowadzenie takiego eksperymentu na Ziemi jest całkowicie wykluczone.

Zgromadźmy więc te krety w przestrzeni międzyplanetarnej. Siła grawitacji ścisnęłaby je w kulę. Mięsa nie da się tak łatwo ścisnąć, czyli objętość kretów zmniejszyłaby się tylko nieznacznie i otrzymalibyśmy w ten sposób planetę nieco większą od Księżyca.

Na planecie z kretów pole grawitacyjne przy powierzchni byłoby w przybliżeniu 16 razy mniejsze od ziemskiego, podobne do tego na powierzchni Plutona. Początkowo temperatura planety byłaby jednolita – umiarkowana, prawdopodobnie nieco wyższa od temperatury pokojowej – a kontrakcja grawitacyjna podgrzałaby jej wnętrze o kilka stopni.

Wtedy zaczęłyby się dziać dziwne rzeczy. Planeta kretów byłaby ogromną kulą mięsa, posiadającą olbrzymią ilość utajonej energii (liczba kalorii równa tej, której potrzebowałaby cała obecna populacja Ziemi przez 30 miliardów lat). W normalnych warunkach rozkładająca się materia organiczna uwalnia większość energii w postaci ciepła. Jednak w tym przypadku w przeważającej części wnętrza planety panowałoby ciśnienie ponad 100 megapaskali, wystarczająco wysokie, żeby zabić bakterie i wysterylizować szczątki kretów ze wszelkich mikroorganizmów, które mogłyby rozwijać się w ich tkankach.

Bliżej powierzchni, gdzie ciśnienie byłoby niższe, pojawiłby się kolejny problem utrudniający rozkład – we wnętrzu planety kretów znajdowałaby się mała ilość tlenu. Bez tlenu nie może zachodzić typowy rozkład, a jedynymi bakteriami, które potrafią tego dokonać, są bakterie beztlenowe. Taka reakcja, chociaż mało wydajna, może jednak uwolnić sporo ciepła. Gdyby zachodziła bez żadnych przeszkód, doprowadziłaby planetę do stanu wrzenia.

Proces rozkładu sam by się jednak ograniczał. Tylko nieliczne bakterie przetrwałyby w temperaturze powyżej 60°C, więc w miarę wzrostu temperatury następowałoby ich wymieranie, a rozkład odbywałby się coraz wolniej. Tworzące planetę ciała kretów stopniowo zmieniałyby się w kerogen, materię organiczną w formie papki, która wraz ze wzrostem temperatury przekształciłaby się w końcu w ropę naftową.

Powierzchnia planety wypromieniowywałaby ciepło w przestrzeń kosmiczną i stopniowo zamarzała. Warstwa krecich futerek po zamarznięciu izolowałaby wnętrze planety i spowalniała ucieczkę ciepła w Kosmos. Jednak przepływ ciepła w jej ciepłym wnętrzu odbywałby się w większości na zasadzie konwekcji. Słupy gorącego mięsa i bąbli uwięzionych gazów takich jak metan – wraz z powietrzem z płuc martwych kretów – przebijałyby się od czasu do czasu przez skorupę i docierały do powierzchni. Tam dochodziłoby do erupcji wulkanicznych i tworzyłyby się gejzery wyrzucające w przestrzeń krecie ciała.

W końcu po wielu wiekach lub tysiącleciach takiego zamętu planeta uspokoiłaby się i schłodziła tak bardzo, że proces zamarzania objąłby ją w całości. W jej jądrze panowałoby tak wysokie ciśnienie, że w wyniku procesu schładzania woda krystalizowałaby się i tworzyła egzotyczne odmiany lodu, takie jak lód III i lód V, a w końcu lód II oraz lód IX³⁰.

W sumie bardzo niewesoła perspektywa. Na szczęście można podejść do tego inaczej.

Nie mam wiarygodnych danych dotyczących liczby kretów żyjących na Ziemi (ani małych ssaków w ogóle), ale załóżmy, że na każdego człowieka przypada przynajmniej kilkadziesiąt myszy, szczurów, karczowników i innych małych ssaków.

W naszej galaktyce może być miliard zamieszkanych planet. Gdybyśmy kolonizowali te planety, z pewnością zabralibyśmy ze sobą myszy i szczury. I gdyby tylko na jednej na 100 planet żyły małe ssaki podobne do tych znanych nam z Ziemi, po kilku milionach lat – cóż to jest w skali ewolucji! – łączna liczba tych stworzeń żyjących na przestrzeni wieków byłaby większa od liczby Avogadra (równej jednemu molowi).

Jeżeli chcemy mieć mol kretów, budujmy statek kosmiczny.

Suszarka do włosów

Co by się stało, gdyby suszarka do włosów pracująca ze stałą mocą została włożona do hermetycznego pojemnika o wymiarach 1 m × 1 m × 1 m?

Dry Paratroopa

TYPOWA SUSZARKA pracuje z mocą 1875 watów.

Z tymi 1875 watami coś musi się stać. Niezależnie od tego, co będzie się działo wewnątrz pojemnika, jeśli suszarka pracuje z mocą 1875 watów, 1875 watów gdzieś w końcu musi popłynąć.

Dotyczy to wszystkich urządzeń elektrycznych – i jest to bardzo przydatna informacja. Ludzie boją się na przykład zostawiać ładowarki podłączone do prądu, ponieważ sądzą, że pobierają one prąd. Czy mają rację? Analiza przepływu ciepła zgodna z zasadą opartą na praktyce mówi: jeśli zwykła podłączona do kontaktu ładowarka nie jest ciepła, to znaczy, że pobiera prąd kosztujący kilka groszy przez cały dzień, a mała ładowarka do smartfona pobiera prąd za kilka groszy przez cały rok. Dotyczy to prawie wszystkich urządzeń elektrycznych³¹.

Wróćmy do naszego pojemnika. Ciepło będzie płynąć z suszarki do jego wnętrza. Jeśli założymy, że suszarka jest niezniszczalna, wnętrze pojemnika będzie się nagrzewać tak długo, aż jego zewnętrzna powierzchnia osiągnie temperaturę 60°C (140°F). Od tego momentu pojemnik będzie tracić tyle samo ciepła na zewnątrz, co suszarka będzie mu dostarczać od środka, i cały układ pozostanie w równowadze.

Jest cieplejszy od moich rodziców! To moi nowi rodzice.

Temperatura równowagi będzie nieznacznie niższa, jeśli będzie wiał wiatr lub pojemnik zostanie umieszczony na mokrej lub metalowej powierzchni, dobrze odprowadzającej ciepło.

Jeśli pojemnik będzie wykonany z metalu, nagrzeje się dostatecznie mocno, żeby po kilkusekundowym dotknięciu oparzyć nam rękę. Drewnianego pojemnika można będzie prawdopodobnie bezpiecznie dotykać przez dłuższy czas, istnieje jednak ryzyko, że po kontakcie jakiejś jego części z dyszą suszarki stanie on w ogniu.

We wnętrzu pojemnika będzie gorąco jak w piecu. Temperatura będzie zależała od grubości ścianek; im będą grubsze i lepiej izolujące, tym będzie ona wyższa. Ścianki nie muszą być wcale bardzo grube, by temperatura wewnątrz pojemnika doprowadziła do spłonięcia suszarki.

Załóżmy jednak, że nasza suszarka jest niezniszczalna. Jeśli mamy coś tak fajnego jak niezniszczalna suszarka do włosów, szkoda byłoby ograniczać jej moc do 1875 watów.

Jeśli suszarka będzie pracować z mocą 18 750 watów, zewnętrzna powierzchnia pojemnika osiągnie temperaturę ponad 200°C (392°F), czyli tyle, ile rondel podgrzewany na małym ogniu.

Ciekawe, gdzie kończy się skala.

Na skali pozostało niepokojąco dużo miejsca.

Zewnętrzna powierzchnia pojemnika osiąga 600°C i żarzy się bladoczerwono.

Jeśli pojemnik zrobiony będzie z aluminium, jego wewnętrzna powierzchnia zacznie się topić, a jeśli z ołowiu, stopi się jego powierzchnia zewnętrzna. Jeśli postawimy nasz pojemnik na drewnianej podłodze, cały dom stanie w płomieniach. Jednak to, co się dzieje wokół suszarki, jest nieistotne, gdyż jest ona przecież niezniszczalna.

Laser zasilany dwoma megawatami jest w stanie niszczyć rakiety. Pojemnik ogrzany do 1300°C ma teraz w przybliżeniu temperaturę lawy.

Kolejny obrót pokrętła…

Ta suszarka prawdopodobnie nie ma homologacji.

Do pojemnika płynie teraz moc 18 megawatów.

Zewnętrzna powierzchnia pojemnika osiąga 2400°C. Gdyby był wykonany ze stali, już by się stopił, a jeśli z czegoś takiego jak wolfram, to niewykluczone, że wytrzymałby trochę dłużej.

Jeszcze jeden obrót pokrętła i kończymy.

Taka moc – 187 megawatów – wystarczy, żeby pojemnik zaczął świecić na biało. W takich warunkach zdołają przetrwać tylko nieliczne materiały, musimy więc założyć, że również nasz pojemnik jest niezniszczalny.

Podłoga zrobiona z lawy.

Niestety, podłoga nie jest z lawy.

Zanim pojemnik się przez nią przebije, rzućmy pod niego balon wypełniony wodą. Wybuch pary wodnej wyrzuci pojemnik przez drzwi wejściowe na chodnik³².

Teraz mamy 1,875 gigawata (Mówiłem, że już kończymy? Kłamałem). Według twórców filmu Powrót do przyszłości suszarka do włosów ma teraz wystarczającą moc, aby przenosić się w czasie.

Pojemnik jest oślepiająco jasny, z powodu straszliwego gorąca nie można się do niego zbliżyć na odległość mniejszą niż kilkaset metrów. Znajduje się on w samym środku powiększającego się jeziora lawy. Wszystko w promieniu 50–100 metrów od pojemnika staje w płomieniach. Kolumna ognia i dymu unosi się wysoko w górę. Cykliczne wybuchy gazu pod pojemnikiem podrzucają go w powietrze, a w miejscu jego lądowania pojawiają się ogień i nowe jezioro lawy.

Kolejny obrót pokrętła…

Przy 18,7 gigawata mocy warunki wokół pojemnika są zbliżone do tych panujących przy wyrzutni podczas startu promu kosmicznego. Cały pojemnik wstrząsany jest wytworzonymi przez siebie ruchami powietrza.

W roku 1914 H.G. Wells wyobraził sobie podobne urządzenia w książce The World Set Free. Opisał w niej rodzaj bomby, która nie wybucha raz, ale bezustannie – takie płonące piekło wywołujące niemożliwe do opanowania pożary w centrach miast. Opowieść ta w niesamowity sposób zapowiadała pojawienie się 30 lat później broni jądrowej.

Pojemnik unosi się teraz w powietrzu. Za każdym razem gdy zbliża się do Ziemi, przegrzewa jej powierzchnię, a chmura rozszerzającego się powietrza wyrzuca pojemnik z powrotem w niebo.

1,875 terawata mocy daje taki sam efekt jak wybuchający co sekundę kawał trotylu wielkości domu.

Po okolicy wędruje pasmo burz ogniowych – potężnych pożarów podtrzymywanych przez własne prądy powietrzne.

Nowy kamień milowy: to niewiarygodne, ale nasza suszarka do włosów zużywa teraz więcej energii niż wszystkie urządzenia elektryczne na Ziemi razem wzięte.

Unoszący się wysoko nad powierzchnią pojemnik oddaje w każdej sekundzie energię odpowiadającą trzem testom nuklearnym Trinity.

Na tym etapie sprawa jest oczywista. To diabelstwo będzie tak długo hasać w atmosferze ziemskiej, aż zniszczy całą naszą planetę.

Spróbujmy zrobić coś innego. Kiedy pojemnik będzie przelatywał nad północną Kanadą, przekręćmy pokrętło na zero. Schłodzi się on gwałtownie i popędzi w kierunku Ziemi, by wylądować w pióropuszu pary wodnej w Wielkim Jeziorze Niedźwiedzim.

A potem…

Teraz mamy już 11 petawatów mocy.

Krótka historia

Oficjalny rekord prędkości obiektu zbudowanego przez człowieka należy do sondy kosmicznej Helios 2, która podczas przelotu w pobliżu Słońca osiągnęła 70 kilometrów na sekundę. Być może jednak aktualną rekordzistką jest pewna ważąca dwie tony pokrywa włazu.

Została ona umieszczona w ramach operacji Plumbbob na szczycie szybu poligonu podziemnych prób jądrowych ośrodka Los Alamos. W chwili wybuchu ładunku o mocy jednej kilotony szyb zamienił się w jądrową armatę do strzelania ziemniakami, a pokrywa dostała gigantycznego kopniaka. Skierowane w to miejsce oko szybkiej kamery uchwyciło lecącą do góry pokrywę tylko na jednej klatce – co oznacza, że musiała się ona poruszać z prędkością co najmniej 66 kilometrów na sekundę. Pokrywy nigdy nie odnaleziono.

Wymieniona powyżej prędkość jest sześć razy większa od prędkości ucieczki z powierzchni Ziemi, ale wbrew temu, co się spekuluje, jest mało prawdopodobne, aby pokrywa dotarła do przestrzeni kosmicznej. Z przybliżeń funkcji oporu według prawa Newtona wynika, że uległa ona zniszczeniu w atmosferze ziemskiej albo spadła z powrotem na Ziemię.

Jeśli ponownie włączymy suszarkę do włosów, nasz reaktywowany pojemnik kołyszący się w wodach jeziora zostanie poddany podobnemu procesowi. Znajdująca się poniżej podgrzana para wodna rozszerzy się, pojemnik wzniesie się w powietrze, a cała powierzchnia jeziora zamieni się w parę. Podgrzewana przez strumień promieniowania para przejdzie w stan plazmy, zwiększając coraz bardziej prędkość pojemnika.

Zdjęcie dzięki uprzejmości komandora Hadfielda.

Pojemnik nie zderzy się z atmosferą (tak jak pokrywa włazu), będzie raczej szybować w bąblu rozszerzającej się plazmy i napotykać niewielki opór. Po opuszczeniu atmosfery ziemskiej stopniowo przeobrazi się w locie z „drugiego słońca” w „mglistą gwiazdę”. Większa część Terytoriów Północno-Zachodnich spłonie, ale Ziemia ocaleje.

Niektórzy mogą jednak gorzko tego żałować.

Dziwne (i niepokojące) pytania z What if? Skrzynka odbiorcza nr 2

Czy zrzucenie antymaterii na reaktor w Czarnobylu podczas topnienia jego rdzenia zatrzymałoby ten proces?

A.J.

Czy możemy tak długo płakać, aż się odwodnimy?

Karl Wildermuth

Ostatnie światło ludzkości

Jak długo paliłoby się ostatnie sztuczne światło, gdyby cała ludzkość po prostu zniknęła z powierzchni Ziemi?

Alan

MOŻNA BY WSKAZAĆ wielu kandydatów do tytułu: „Ostatnie światło”.

Znakomita książka Alana Weismana Świat bez nas dokładnie opisuje, co stałoby się z domami, drogami, drapaczami chmur, gospodarstwami rolnymi i zwierzętami, gdyby cała ludzkość nagle zniknęła. Serial telewizyjny Życie po zagładzie ludzi zajmuje się tym samym tematem. Ani książka, ani serial nie dają jednak odpowiedzi na tak postawione pytanie.

Zacznijmy od rzeczy oczywistych: większość świateł nie paliłaby się długo, ponieważ główne sieci energetyczne dość szybko przestałyby działać. Elektrownie na paliwa kopalne, wytwarzające większość światowej energii elektrycznej, potrzebują ciągłych dostaw paliwa, a proces ten wymaga podejmowania decyzji przez ludzi.

Bez ludzi na Ziemi zmniejszyłoby się zapotrzebowanie na energię elektryczną, ale termostaty nadal by pracowały. Elektrownie węglowe i olejowe przestałyby pracować w ciągu kilku godzin, inne potrzebowałyby trochę więcej czasu. Taka sytuacja nie jest łatwa do opanowania nawet wtedy, gdy systemem zarządzają ludzie. W rezultacie nastąpiłaby więc seria kaskadowych awarii, skutkująca wyłączeniem wszystkich głównych sieci energetycznych.

Duża ilość energii elektrycznej pochodzi jednak ze źródeł niepowiązanych z głównymi sieciami energetycznymi. Przyjrzyjmy się im i zobaczmy, kiedy przestałyby dostarczać prąd.

Generatory dieslowe

Wiele społeczności zamieszkujących na przykład odległe wyspy czerpie energię elektryczną z generatorów dieslowych. Działają one dopóty, dopóki nie zabraknie paliwa; w większości przypadków może to trwać wiele dni, a nawet miesięcy.

Elektrownie geotermalne

Elektrownie, które nie potrzebują ludzi do uzupełniania paliwa, poradziłyby sobie lepiej. Elektrownie geotermalne, zasilane ciepłem wewnętrznym Ziemi, przez jakiś czas mogłyby działać bez ingerencji człowieka. Według instrukcji obsługi elektrowni geotermalnej Svartsengi w Islandii jej operatorzy muszą co pół roku wymieniać olej w przekładni i smarować wszystkie silniki elektryczne oraz łożyska. Bez takich czynności wykonywanych przez ludzi niektóre elektrownie mogłyby działać nawet przez kilka lat.

Turbiny wiatrowe

Elektrownie korzystające z energii na pewno nie przestałyby działać w krótkim czasie. Turbiny zaprojektowano w taki sposób, żeby nie wymagały ciągłej obsługi. Powód jest bardzo prosty: jest ich wiele i niełatwo się na nie wspiąć.

Niektóre wiatraki mogą działać przez długi czas bez ingerencji człowieka. Turbina wiatrowa w Gedser w Danii została zbudowana w końcu lat pięćdziesiątych XX wieku i przez 11 lat wytwarzała energię elektryczną bez jakiejkolwiek obsługi. Nowoczesne turbiny są zazwyczaj zaprojektowane na 30 tysięcy godzin (prawie 3,5 roku) pracy bez obsługi technicznej i niektóre z nich będą niewątpliwie działać przez dziesiątki lat. Znajdą się wśród nich z pewnością i takie, które wyposażono przynajmniej w diodę LED stanu. W końcu większość turbin wiatrowych zatrzyma się z tego samego powodu co elektrownie geotermalne: ich przekładnie zwyczajnie odmówią posłuszeństwa.

Tamy hydroelektryczne

Generatory zamieniające energię spadającej wody w energię elektryczną także mogłyby działać przez jakiś czas. W programie Życie po zagładzie ludzi na kanale History operator Zapory Hoovera stwierdził, że na autopilocie działałyby ona przez kilka lat bez obsługi i stanęłaby prawdopodobnie w wyniku zatkania dopływów wody lub usterki mechanicznej podobnej do tej, która unieruchomiłaby turbiny wiatrowe oraz elektrownie geotermalne.

Baterie

Oświetlenie zasilane bateriami przestanie działać po 10 lub 20 latach. Baterie stopniowo same się rozładowują, nawet jeśli nie dostarczają prądu żadnemu odbiornikowi. Niektóre są bardziej długowieczne, ale nawet te z długim okresem trwałości zachowują swoje właściwości tylko przez 10 do 20 lat.

Od tej reguły są jednak wyjątki. W Laboratorium Clarendon na Uniwersytecie Oksfordzkim znajduje się zasilany baterią dzwon, który działa od 1840 roku. „Dzwoni” on tak cicho, że prawie go nie słychać, i wykorzystuje tylko niewielki ładunek elektryczny na każdy ruch swojego serca. Nikt nie wie dokładnie, jaki rodzaj baterii zasila dzwon, ponieważ nie ma chętnych, aby rozłożyć go na części.

Niestety, do tej baterii nie jest podłączone żadne oświetlenie.

Reaktory jądrowe

Reaktory jądrowe są trochę skomplikowane. Jeśli nastawimy je na niski poziom zasilania, mogą pracować prawie bez końca – tak wysoka jest gęstość energii ich paliwa. Pewien rysownik komiksów internetowych przedstawił to tak:

Niestety, nawet przy wystarczającej ilości paliwa reaktory nie będą długo pracować. Gdy tylko coś zacznie działać nieprawidłowo, zostaną automatycznie wyłączone. Nastąpiłoby to dość szybko, a wśród wielu przyczyn zastosowania takiej procedury najbardziej prawdopodobną byłaby utrata zasilania zewnętrznego.

Może się wydawać dziwne, że reaktor wymaga zasilania zewnętrznego, ale każdy element systemu kontrolnego jest zaprogramowany w taki sposób, aby ewentualna usterka powodowała jego szybkie wyłączenie (SCRAM)³³. Gdy zewnętrzna elektrownia przestanie pracować lub zabraknie paliwa w znajdujących się na miejscu generatorach awaryjnych i w związku z tym zabraknie zasilania zewnętrznego, reaktor zostanie poddany procedurze wygaszania łańcuchowej reakcji rozszczepienia (SCRAM).

Sondy kosmiczne

Ze wszystkich wytworów człowieka najdłużej mogłyby przetrwać statki kosmiczne. Orbity, po jakich się poruszają, istniałyby przez miliony lat, chociaż ich zasilanie elektryczne w większości przypadków by wysiadło.

Po upływie stuleci nasze marsjańskie łaziki pokryłyby się pyłem. Do tego czasu wiele sztucznych satelitów spadłoby z powrotem na Ziemię z powodu zaburzenia orbit. Krążące dalej od Ziemi satelity GPS przetrwałyby dłużej, ale z czasem nawet ich najbardziej stabilne orbity zostałyby zaburzone przez Księżyc i Słońce.

Wiele statków kosmicznych czerpie energię ze Słońca dzięki panelom słonecznym, inne natomiast z rozpadu promieniotwórczego. Marsjański łazik Curiosity zasilany jest ciepłem z bryły plutonu znajdującej się w pojemniku umieszczonym na końcu pręta.

Curiosity mógłby czerpać energię elektryczną z radioizotopowego generatora termoelektrycznego (RTG) przez ponad 100 lat. W końcu napięcie stałoby się zbyt niskie, aby łazik mógł działać, przy czym inne jego elementy prawdopodobnie zużyłyby się znacznie wcześniej.

Przypadek Curiosity brzmi zatem obiecująco. Istnieje jednak pewien problem: łazik nie ma świateł.

Curiosity posiada oświetlenie używane do podświetlania próbek i do przeprowadzania spektroskopii. Włączane jest ono jednak tylko podczas wykonywania pomiarów i bez sygnału danego przez operatora nie będzie działać.

Bezzałogowy statek kosmiczny nie potrzebuje wielu świateł. Sonda Galileo, w latach dziewięćdziesiątych XX wieku badająca Jowisza, wyposażona była w kilka lampek LED w mechanizmie urządzenia rejestrującego parametry lotu. Nie emitowały one światła widzialnego, tylko podczerwone, więc nazywanie ich „światłami” byłoby trochę na wyrost. Poza tym Galileo została w 2003 roku celowo rozbita o powierzchnię Jowisza³⁴.

Inne statki kosmiczne wyposażone są w diody LED. Niektóre satelity GPS używają ultrafioletowych lamp LED, czerpiących energię z paneli słonecznych, do kontroli stanu ładowania niektórych urządzeń. Teoretycznie mogą one działać dopóty, dopóki świeci Słońce. Niestety, większość z nich nie przetrwa nawet tyle czasu co Curiosity – zostaną zniszczone w wyniku uderzeń kosmicznych odłamków.

Panele słoneczne znajdują jednak zastosowanie nie tylko w Kosmosie.

Energia słoneczna

Telefony awaryjne znajdujące się przy odludnych drogach są często zasilane energią słoneczną.

Zwykle wyposażone są w oświetlenie działające nocą.

Panele słoneczne, podobnie jak turbiny wiatrowe, są kłopotliwe w konserwacji, dlatego też konstruuje się je w taki sposób, aby przetrwały jak najdłużej. Jeśli panele są wolne od pyłu i osadów, będą działać tak długo jak podłączony do nich sprzęt elektroniczny.

Przewody i układy elektryczne paneli ulegną w końcu korozji, ale jeśli cały układ jest umieszczony w suchym miejscu, a elektronika jest wysokiej jakości, nawet przez sto lat bez problemu będą dostarczać energię elektryczną. Muszą być jednak od czasu do czasu oczyszczane z pyłu przez powiewy wiatru lub deszcz.

Jeśli będziemy ściśle trzymać się definicji oświetlenia, umieszczone na odludziu lampy zasilane energią słoneczną mogłyby być ostatnim źródłem sztucznego światła na bezludnej Ziemi³⁵.

Jednak w tym konkursie jest jeszcze jeden kandydat do zwycięstwa – i jest to bardzo dziwny zawodnik.

Promieniowanie Czerenkowa

Promieniowanie zwykle jest niewidzialne.

Niegdyś tarcze zegarów pokrywane były radem i jarzyły się w ciemności. Poświata nie pochodziła jednak z samej radioaktywności, ale z farby fluoroscencyjnej, którą pokryty był rad. Jarzyła się ona pod wpływem promieniowania. Z czasem farba niszczała i chociaż tarcze zegarów wciąż są radioaktywne, nie świecą już w ciemności. Jednak te tarcze nie są jedynym radioaktywnym źródłem światła.

Gdy cząstki promieniotwórcze przechodzą przez substancje w rodzaju wody lub szkła, mogą emitować światło w formie optycznego gromu dźwiękowego. Światło to nazywane jest promieniowaniem Czerenkowa i jest widoczne jako charakterystyczna niebieska poświata rdzeni reaktorów jądrowych.

Niektóre odpady promieniotwórcze, takie jak cez-137, są stapiane i mieszane ze szkłem, a następnie schładzane do postaci twardej bryły. Może ona być dodatkowo ekranowana, aby zapewnić bezpieczny transport i magazynowanie. W ciemności owe szklane bryły jarzą się na niebiesko.

Okres połowicznego rozpadu cezu-137 wynosi 30 lat, co oznacza, że po dwóch stuleciach będzie się on wciąż żarzył z intensywnością na poziomie jednego procenta pierwotnego promieniowania. Ponieważ barwa światła zależy tylko od energii rozpadu, a nie od ilości promieniowania, bryła zachowa tę samą niebieską barwę, która z czasem będzie blaknąć.

W ten oto sposób uzyskaliśmy odpowiedź na nasze pytanie: upłyną wieki, a głęboko w betonowych kryptach wciąż będą świecić nasze najbardziej toksyczne odpady.

Plecak odrzutowy z karabinu maszynowego

Czy strzelające w dół karabiny maszynowe mogą działać jak plecak odrzutowy?

Rob B

BYŁEM TROCHĘ zdziwiony, gdy okazało się, że tak. Aby zrobić to dobrze, trzeba by pogadać z Rosjanami.

Zasada działania jest w tym przypadku raczej prosta. Kiedy strzelamy do przodu, odrzut pcha nas do tyłu. Gdybyśmy więc strzelali w dół, odrzut powinien wypchnąć nas do góry.

Pierwsze pytanie, jakie musimy sobie zadać, brzmi: „Czy karabin jest w stanie unieść choćby własną masę?”. Jeśli karabin maszynowy waży 4,5 kilograma, a siła odrzutu wywołanego strzałem uniosłaby tylko nieco ponad 3,5 kilograma, nie będzie on w stanie wznieść się do góry, nie mówiąc już o uniesieniu człowieka.

W mechanice stosunek ciągu pojazdu do jego ciężaru jest nazywany stosownie współczynnikiem ciągu do ciężaru. Jeśli wynosi on mniej niż jeden, pojazd nie będzie mógł wystartować. W rakiecie Saturn V współczynnik ten wynosił około 1,5.

Mimo że wychowywałem się na południu USA, nie znam się na broni. Po pomoc w uzyskaniu odpowiedzi na to pytanie zwróciłem się więc do mojego znajomego z Teksasu³⁶.

Uwaga: proszę, BARDZO PROSZĘ, nie próbujcie robić tego w domu.

Okazuje się, że w przypadku karabinu AK-47 współczynnik ciągu do ciężaru wynosi około dwóch. Oznacza to, że jeśli postawimy karabin na końcu lufy i w jakiś sposób naciśniemy spust, AK-47 wzniesie się w chwili strzału.

Nie dzieje się tak jednak ze wszystkimi karabinami maszynowymi. Na przykład M60 prawdopodobnie nie miałby wystarczająco dużej siły odrzutu, aby się unieść.

Siła ciągu rakiety lub strzelającego karabinu maszynowego zależy od tempa wyrzucania masy i prędkości, z jaką ją wyrzucamy. Ciąg jest iloczynem tych dwóch wartości:

ciąg = tempo wyrzucania masy × prędkość wyrzutu

Jeśli AK-47 wystrzeliwuje dziesięć 8-gramowych kul z prędkością 715 metrów na sekundę, jego ciąg wynosi:

Ponieważ załadowany AK-47 waży tylko 4,8 kilograma, powinien być w stanie unieść się nad ziemię i przyśpieszać pionowo w górę.

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

To znaczy nie od razu. [wróć]

Chociaż bez siły Coriolisa nie sposób określić, w którą stronę mogłyby się obracać te burze. [wróć]

Przeczytaj Leap Seconds (Sekundy przestępne) na stronie what-if.xkcd.com/26, aby dowiedzieć się, dlaczego tak się dzieje. [wróć]

Po pierwszej publikacji tego artykułu skontaktował się ze mną Hans Rinderknecht, fizyk z MIT, i poinformował mnie, że przeprowadził symulację tego przypadku na komputerach w swoim laboratorium. Okazało się, że w początkowej fazie lotu piłki większość cząsteczek powietrza poruszałaby się zbyt szybko, aby doszło do fuzji jądrowej. Przeszłyby one przez piłkę, podgrzewając ją wolniej i bardziej równomiernie, niż to przedstawiłem w pierwotnym artykule. [wróć]

To akurat fatalna wiadomość – mógłby być z niej świetny napój energetyczny. [wróć]

Znani także jako lud Lenape. [wróć]

Znane także jako kuguary. [wróć]

Moglibyśmy jednak nie zobaczyć miliardów gołębi napotkanych przez europejskich osadników. Charles C. Mann w swojej książce 1491 dowodzi, że ich liczba mogła być przejawem chaosu w ekosystemie zaburzonym przez pojawienie się ospy, wierzchliny łąkowej oraz pszczół. [wróć]

To znaczy miejsca, w którym obecnie leży Yonkers. Pewnie nie nazywało się ono Yonkers, ponieważ nazwa ta pochodzi od holenderskiej osady założonej w końcu XVII wieku. Niektórzy utrzymują jednak, że miejsce zwane Yonkers istniało zawsze, jeszcze przed pierwszymi ludźmi i samą Ziemią. Przypuszczam, że tylko ja tak uważam, ale jestem bardzo gadatliwy. [wróć]

Chociaż byłoby w nim mniej billboardów. [wróć]

No cóż, był. Kładziemy temu kres. [wróć]

Gdyby ktoś pytał, to zwykły zbieg okoliczności. [wróć]

Jeśli ktoś wie, proszę o e-mail! [wróć]

Patrz: Xkcd, Pule randkowe, http://xkcd.com/314. [wróć]

„Jesteśmy 0,99 procent”. [wróć]

Dyskusyjną sprawą jest, czy taka wiązka światła laserowego z Ziemi w ogóle dotarłaby do Księżyca (przyp. red.). [wróć]

Wyobraźcie sobie niebezpieczne, radioaktywne, nietrwałe pokemony. [wróć]

W chwili gdy to czytacie, może już istnieć ósmy rząd. Jeśli zaś czytacie to w roku 2038, układ okresowy pierwiastków ma 10 rzędów, lecz wszelkie wzmianki lub dyskusje o nim są zakazane przez rządzące światem roboty. [wróć]

Przy założeniu, że pierwiastki te występowałyby w formie dwuatomowej (np. O2 i N2). Jeśli jednak sześcian byłby zbudowany z pojedynczych atomów, natychmiast połączyłyby się one ze sobą, osiągając temperaturę tysięcy stopni. [wróć]

Lowe jest autorem bloga In the Pipeline, poświęconego badaniom nad lekami. [wróć]

Ta jego właściwość wykorzystywana jest w budzących kontrowersje pociskach zapalających. [wróć]

Poszukajcie na YouTube „gallium infiltration” (nasiąkanie galu) i zobaczcie, jak to dziwnie wygląda. [wróć]

W 2006 roku polonu-210 użyto do zamordowania byłego oficera KGB Aleksandra Litwinienki. [wróć]

Radon jest tym dobrym. [wróć]

Takim, obok którego przechodzimy obojętnie. [wróć]

Nieprzetłumaczalna gra słów: w języku angielskim słowo mole oznacza zarówno jednostkę miary, jak i kreta (przyp. tłum.). [wróć]

Jeden mol to w przybliżeniu liczba atomów w gramie wodoru. Tak się również składa, że to orientacyjna liczba ziarenek piasku na naszej planecie. [wróć]

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Condylura.jpg [wróć]

To czysty zbieg okoliczności. Wcześniej nie miałem o tym pojęcia – tak się składa, że mila sześcienna to prawie dokładnie 4p/3 kilometra sześciennego, zatem kula o promieniu x kilometrów ma taką samą objętość jak sześcian o boku x mil. [wróć]

Niespokrewniony z innymi odmianami. [wróć]

Ale niekoniecznie tych, które są podłączone jako drugie urządzenie z kolei. Jeśli do ładowarki dołączony jest smartfon lub laptop, prąd może płynąć do niego z gniazdka w ścianie przez ładowarkę. [wróć]

Uwaga: gdybyście znaleźli się kiedyś razem ze mną w płonącym budynku, lepiej zignorujcie moje pomysły na znalezienie wyjścia z tej sytuacji. [wróć]

Gdy Enrico Fermi zbudował pierwszy reaktor jądrowy, zawiesił pręty kontrolne na linie przymocowanej do poręczy balkonu. Na wszelki wypadek w pobliżu poręczy stał inny wybitny fizyk z siekierą. Stąd pochodzi prawdopodobnie rodzaj apokryfu mówiący, że skrót SCRAM oznacza Safety Control Rod Axe Man, czyli „człowiek z siekierą systemem bezpieczeństwa pręta”. [wróć]

Sondę rozbito, aby przypadkowo nie uległ skażeniu żaden z pobliskich księżyców, na przykład składający się w dużej mierze z wody księżyc Europa, na którym żyją bakterie. [wróć]

W Związku Radzieckim niektóre latarnie morskie czerpały energię z rozpadu promieniotwórczego, ale żadna z nich już nie działa. [wróć]

Jeśli miałbym sądzić po ilości amunicji walającej się po jego domu i tylko czekającej na to, żebym ją zmierzył i zważył, uznałbym, że Teksas stał się czymś w rodzaju postapokaliptycznej strefy wojennej z filmu Mad Max. [wróć]