Dokázali by ste trafiť baseballovú loptičku blízko rýchlosti svetla?

Dokázali by ste trafiť baseballovú loptičku blízko rýchlosti svetla?

Nalaďte si MolecularConceptor 5. septembra 2014 počuť Randala Munroea premýšľať nad bláznivými matematickými a vedeckými otázkami, ako je tá nižšie.

Otázka: Čo by sa stalo, keby ste sa pokúsili trafiť bejzbalovú loptičku s rýchlosťou 90 percent rýchlosti svetla? — Ellen McManisová



Nechajme bokom otázku, ako sme priviedli bejzbal tak rýchlo do pohybu.

Predpokladajme, že je to normálne ihrisko, okrem momentu, keď nadhadzovač pustí loptu, tá sa magicky zrýchli na 0,9 c. Od tej chvíle všetko prebieha podľa normálnej fyziky.

A. Odpoveďou je „veľa vecí“ a všetky sa dejú veľmi rýchlo a pre odpaľovaného cesta (alebo džbánu) to neskončí dobre. Posadil som sa s niekoľkými knihami o fyzike, akčnou figúrkou Nolana Ryana a kopou videokaziet s jadrovými testami a snažil som sa to všetko vyriešiť. Nasleduje môj najlepší odhad portrétu po nanosekunde po nanosekunde.

Lopta by išla tak rýchlo, že všetko ostatné by bolo prakticky nehybné. Dokonca aj molekuly vo vzduchu by sa zastavili. Molekuly vzduchu by vibrovali tam a späť rýchlosťou niekoľko stoviek míľ za hodinu, ale guľa by sa nimi pohybovala rýchlosťou 600 miliónov míle za hodinu. To znamená, že čo sa týka lopty, tak by tam len viseli zamrznutí.

Myšlienky aerodynamiky by tu neplatili. Normálne by vzduch prúdil okolo všetkého, čo by sa ním pohybovalo. Ale molekuly vzduchu pred touto loptou by nemali čas na to, aby boli odstrčené z cesty. Lopta by do nich narazila tak silno, že by sa atómy v molekulách vzduchu skutočne spojili s atómami na povrchu lopty. Každá zrážka by uvoľnila záblesk gama žiarenia a rozptýlené častice.**

Tieto gama lúče a úlomky by expandovali smerom von v bubline sústredenej na kopci džbánu. Začali by trhať molekuly vo vzduchu, vytrhávať elektróny z jadier a premieňať vzduch na štadióne na rozpínajúcu sa bublinu žeravej plazmy. Stena tejto bubliny by sa priblížila k cestíčku rýchlosťou svetla – len mierne pred loptou samotnou.

Neustála fúzia v prednej časti lopty by ju tlačila späť a spomaľovala ju, ako keby loptička bola raketa letiaca chvostom napred, zatiaľ čo spúšťa svoje motory. Nanešťastie, lopta by išla tak rýchlo, že aj obrovská sila tohto prebiehajúceho termonukleárneho výbuchu by ju sotva spomalila. Začalo by to však rozožierať povrch a odstreľovať drobné úlomky lopty na všetky strany. Tieto fragmenty by sa pohybovali tak rýchlo, že keď by narazili na molekuly vzduchu, spustili by ďalšie dve alebo tri kolá fúzie.

Po približne 70 nanosekundách by lopta dorazila na domácu misku. Pálkař by ani nevidel, ako nadhadzovač pustil loptu, pretože svetlo nesúce túto informáciu by prišlo približne v rovnakom čase ako lopta. Zrážky so vzduchom by loptičku takmer úplne zožrali a teraz by to bol oblak expandujúcej plazmy (hlavne uhlíka, kyslíka, vodíka a dusíka) v tvare guľky, ktorý by narážal do vzduchu a spúšťal by ďalšiu fúziu. Plášť röntgenových lúčov by zasiahol cesto ako prvý a o niekoľko nanosekúnd neskôr by zasiahol oblak trosiek.

Čo ak?: Vážne vedecké odpovede na absurdné hypotetické otázky

Kúpiť

Keď by dosiahol domovskú platňu, stred oblaku by sa stále pohyboval značnou časťou rýchlosti svetla. Najprv by to zasiahlo netopiera, ale potom by sa cesto, tanier a lapač všetky nabrali a preniesli dozadu cez zarážku, keď sa rozpadli. Plášť röntgenových lúčov a prehriatej plazmy by sa roztiahol smerom von a nahor a pohltil by zarážku, oba tímy, tribúny a okolité okolie - to všetko v prvej mikrosekunde.

Predpokladajme, že sa pozeráte z kopca za mestom. Prvá vec, ktorú by ste videli, by bolo oslepujúce svetlo, ďaleko presahujúce slnko. To by sa v priebehu niekoľkých sekúnd postupne rozplynulo a rastúca ohnivá guľa by stúpala do hríbového oblaku. Potom s veľkým hukotom dorazila tlaková vlna, ktorá trhala stromy a drvila domy.

Všetko v okruhu zhruba jednej míle od parku by bolo zrovnané so zemou a okolité mesto by zachvátila ohnivá búrka. Bejzbalový diamant, teraz veľký kráter, by bol vycentrovaný niekoľko stoviek stôp za bývalým umiestnením zarážky.

Pravidlo 6.08(b) Major League Baseball naznačuje, že v tejto situácii by sa odpalovač považoval za „úderu nadhozom“ a mohol by postúpiť na prvú základňu.

**Po prvom uverejnení tohto článku ma kontaktoval fyzik Hans Rinderknecht z MIT, aby mi povedal, že simuloval tento scenár na počítačoch ich laboratória. Zistil, že na začiatku letu lopty sa väčšina molekúl vzduchu v skutočnosti pohybovala príliš rýchlo na to, aby spôsobila fúziu, a prešla by priamo cez loptu a zahrievala ju pomalšie a rovnomernejšie, ako opísal môj pôvodný článok.


Výňatok z Čo ak? od Randall Munroe, ktoré uverejní Houghton Mifflin Harcourt 2. septembra 2014. Copyright © 2014 od xkcd Inc.. Použité so súhlasom autora. Všetky práva vyhradené.