18 сентября 2018 г. | Автор: Матвей Багров
Что будет, если футбольный мяч полетит со скоростью близкой к скорости света?

Криштиану Роналдо — самый дорогой игрок за всю историю футбола. Его оценивают в более чем 80 миллионов фунтов стерлингов! Роналдо способен бить по мячу так, что последний летит со скоростью 200 км/час (55 м/c).

А что если бы после удара Криштиану мяч полетел бы со скоростью близкой к скорости света — 0,9 с? Давайте представим, что так и есть. И посмотрим, что произойдет..

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №2. Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

На первый взгляд, ничего особенного — подумаешь, мяч быстрее долетит до ворот. Но все не так просто. Впоследствии произойдет куча событий, но ни одно из них, к сожалению, не кончится ничем хорошим. Распишем все по этапам

Скорость света, обычно обозначаемая латинской буквой c абсолютная величина электромагнитных волн в вакууме равная 299 792 458 м/с (~3.00x108 м/с). Согласно специальной теории относительности Эйнштейна c это предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий. В природе со скоростью света распространяются: собственно, видимый свет и дргуие виды электромагнитного излучения.
От пенальти до ядерного синтеза

Не будем вдаваться в подробности о том, как Роналдо сумел это сделать. Представим, что это обыкновенный удар по мячу, но с определенным нюансом в момент, когда мяч отрывается от стопы, он магическим образом ускоряется до скорости 0.9c (270 000 000 м/с).

Мяч перемещается настолько быстро, что по сравнению с ним все остальные вещи просто застывают на месте. Все происходит как при замедленной съемке.

Весь стадион застывает, даже молекулы воздуха становятся неподвижными по отношению к мячу. Ведь футбольный мяч летит со скоростью приблизительно 270 тысяч километров в секунду! Если застывают даже молекулы, что уж говорить о нас и про окружающие предметы?

Забудьте про классические законы аэродинамики (это раздел физики, изучающий движение воздуха и взаимодействие с твердыми объектами, например воздух с крылом самолета) здесь они не работают. Обычно мы не замечаем воздух, но на самом деле, это — субстанция, которая постоянно «обтекает» нас и все предметы. Крохотные молекулы воздуха, невидимые человеческому глазу, двигаются очень-очень быстро и на большом расстоянии друг от друга. Но, как мы уже сказали, футбольный мяч перемещается в миллионы раз быстрее, настолько быстро, что даже рассеянные молекулы воздуха создают ему препятствия. И мяч врезается в них с такой силой, что молекулы воздуха «впечатываются» в мяч. При этом атомы молекул воздуха, в прямом смысле этого слова, «сливаются» с атомами поверхности мяча эта называется ядерным синтезом. Процесс похож на то, что происходит при столкновении машины на полном ходу и летящей ей навстречу мухе. Только в нашем случае каждое такое столкновение порождает маленький ядерный взрыв, сопровождаемый выбросом гамма­-лучей и частиц-­осколков, образовавшихся после удара.

Гамма­-излучение электромагнитная радиация или энергия

 Гамма-­излучение выделяется при ядерном синтезе (топливо Солнца) или распаде (ядерный взрыв). Скорость его распространения равна скорости света. Количество энергии, которая выделяется, рассчитывается по E=mc2 (смотри статью про то, как горит звезда).

E = mc2 = 1g * (299,792,458 m/s) 2 = 89.9 тера Джоуль

89.9 тера Джоулей, возможно, получившаяся цифра вам ни о чем не говорит (как впрочем, и мне) но такое количество энергии выделяется при взрыве средней ядерной бомбы.

m — масса

с — скорость света

Е — энергия

После столкновения, гамма-­излучение и частицы­-осколки образуют бесконечно расширяющийся во все стороны «пузырь», в центре которого находится наш незадачливый Роналдо. На своем пути гамма­-излучение и частицы-­осколки также сталкиваются с молекулами воздуха и буквально разрывают их на части, вырывая электроны из атомов и превращая воздух на стадионе в расширяющийся «пузырь» раскаленной плазмы.

Финальный свисток

Этот раскаленный «пузырь», расширяющийся практически со скоростью света, приближается к вратарю, лишь немного отставая от волны гамма-­излучения. Непрекращающиеся взрывы от столкновений на поверхности мяча немного замедляют его полет, как если бы ракета летела вперед соплами, из которых вырывается пламя на полной мощности. Но, к сожалению, скорость мяча настолько высока, что даже чудовищная сила термоядерных взрывов на его поверхности неспособна значительно замедлить ход.

Однако, эти взрывы не проходят бесследно и начинают разъедать поверхность мяча, раскидывая его мельчайшие фрагменты во все стороны. Эти фрагменты двигаются настолько быстро, что при столкновении с молекулами воздуха они запускают еще несколько этапов ядерного синтеза и, соответственно, выделение гигантского количества энергии.

После семидесяти наносекунд (одна наносекунда соотносится с секундой так, как секунда с 31,7 годами), мяч, наконец, долетает до вратаря. Правда, то, что осталось мало чем напоминает мяч — скорее, это облако расширяющейся плазмы, по форме похожее на пулю. Сначала нашего вратаря настигает барьер гамма-­лучей, а буквально через несколько нано­ секунд, поток частиц и плазмы. Ему не позавидуешь, но он еще не успел ничего понять, ведь всю визуальную информацию об окружающем мире человек получает с помощью света, который движется со скоростью 300 000 км/c. Информация о том, что Роналдо уже пнул мяч, достигнет глаз вратаря примерно в один момент с барьером из гамма­-лучей. А тогда ему, кажется, уже будет совсем не до Роналдо.

Так как скорость распространения излучения равна скорости света, то при столкновении происходит реакция, при которой электрон буквально вырывается из атома. Электрон, протон, нейтрон и ядро ключевые составляющие атома. Электрон это частица, которая носит отрицательный заряд. После того, как она переходит к другому элементу, атом становится ионом положительно заряженным элементом. Атомы, оставленные без электронов, образуют единую нейтрально субстанцию, которая называется плазмой.

Плазма — это четвертое состояние вещества, после твердого, жидкого и газообразного. Она представляет из себя облако из субатомных частиц: протонов, нейтронов и электронов, где все электроны оторвались от своих молекул и атомов. Существует несколько методов создания плазмы (помимо нашего случая), но все они подразумевают воздействие большим количеством энергии.

Буквально в один момент его растворит, расщепит на мельчайшие частицы, не оставив от него и волоска. Дальше, расширяясь с той же немыслимой скоростью, облако плазмы снесет ворота, обе команды, трибуны, стадион и всю окружающую его территорию, не оставив камня на камне. В целом весь процесс займет не более одной микросекунды. 

Если бы мы наблюдали игру с соседнего холма, то сначала увидели разрастающийся в тишине огромный огненный шар, своим сиянием перебивающий солнечный свет. Так как звук распространяется в пространстве медленнее, чем свет, через какой­то отрезок времени мы бы услышали оглушительный рев. Через несколько микросекунд огненный шар превратился бы уже облако в форме ядерного гриба, который увеличивается на глазах с ужасным грохотом и шумом, выкорчевывая столетние дубы и срывая крыши с домов. На несколько километров в округе не осталось бы ни деревьев, ни домов, а на месте стадиона образовался бы огромный кратер. Мы не знаем, считается ли это нарушением правил, но кратко резюмируем: со скоростью света лучше не шутить.