Artykuły na tym blogu są nieoficjalnymi tłumaczeniami XKCD What If. Teraz również na Facebooku!

26.08.2012

Relatywistyczna piłka baseballowa

Oryginalny artykuł: Relativistic Baseball

Co by było, gdyby ktoś spróbował odbić piłkę baseballową rozpędzoną do 90% prędkości światła?
 Ellen McManis

Odłóżmy na bok pytanie, w jaki sposób rozpędzić piłkę do takiej prędkości. Przypuśćmy, że jest to zwykły rzut, a miotacz jest w stanie magicznie nadać piłce prędkość 0.9c. Od tego momentu wszystko dzieje się zgodnie z prawami fizyki.:


Odpowiedzią okazuje się być: "wiele rzeczy". Wydarzenia następują bardzo szybko, a całość nie kończy się dobrze dla pałkarza (ani dla miotacza). Aby zrozumieć dokładnie co się dzieje, spędziłem trochę czasu z lieraturą fizyczną, figurką Nolana Ryana oraz zestawem kaset video z nagraniami testów jądrowych. Rezultatem jest poniższy opis, nanosekunda po nanosekundzie.

Piłka porusza się tak szybko, że wszystko inne jest w praktyce nieruchome. Nawet cząsteczki powietrza są nieruchome. Cząsteczki powietrza odbijają się od siebie z prędkościami rzędu kilkuset kilometrów na godzinę, natomiast piłka porusza się z prędkością przekraczającą 970 milionów kilometrów na godzinę. To oznacza, że z perspektywy obserwacji piłki, cząsteczki powietrza wiszą zamrożone w przestrzeni.

Oczywiście oznacza to, że teoria aerodynamiki nie znajduje zastosowania. Zazwyczaj powietrze opływa poruszające się przedmioty, jednak w tej sytuacji cząsteczki powietrza nie mają szansy być odepchnięte. Piłka uderza w nie z taką siłą, że zachodzi synteza jądrowa atomów w cząsteczkach powietrza z atomami na powierzchni piłki. Każda kolizja generuje wiązkę promieniowania gamma oraz cząstek elementarnych.

Synteza jądrowa azotu i tlenu z powietrza z węglem, wodorem i tlenem z piłki.

Przed piłką zachodzi synteza jądrowa. Za sobą piłka zostawia próżnię.

Promieniowanie gamma oraz cząsteczki elementarne pozostałe po reakcji syntezy jądrowej rozprzestrzeniają się wokół stanowiska miotacza. Rozrywają napotkane cząsteczki i zrywają elektrony z atomów, tym samym zamieniają powietrze na stadionie w rosnącą kulę rozpalonej plazmy. Brzeg kuli zbliża się do pałkarza z prędkością bliską prędkości światła, niewiele wyprzedzając samą piłkę.

Niczego niepodejrzewający pałkarz na chwilę nim zostanie pochłonięty przez kulę ognia o środku w dezintegrującym się miotaczu.

Ciągła reakcja syntezy wywiera siłę w kierunku przeciwnym do lotu piłki, działając jak hamujący silnik rakietowy. Niestety piłka porusza się na tyle szybko, że nawet potężna siła reakcji termojądrowej nie jest jej w stanie istotnie zwolnić. Zamiast tego synteza jądrowa wżera się w piłkę i wyrzuca we wszystkich kierunkach cząstki materii. Te fragmenty piłki poruszają się na tyle szybko, że gdy zderzają się z cząsteczkami powietrza, inicjują dwie kolejne rundy syntezy jądrowej.

Po upływie około 70 nanosekund piłka dolatuje do bazy domowej. Pałkarz nie miał nawet szansy zobaczyć miotacza wypuszczającego piłkę — światło z tego zdarzenia dolatuje do pałkarza prawie w tym samym momencie co piłka. Do tego momentu kolizje z cząsteczkami powietrza niemal kompletnie zdezintegrowały piłkę, która jest teraz niczym więcej jak rozszerzającą się chmurą rozgrzanej plazmy (głównie węgiel, tlen, wodór, azot), przebijającą się przez powietrze wzniecając tym dalszą reakcję termojądrową. Pałkarz zostaje trafiony przez strumień promieniowania röntgenowskiego, kilka nanosekund później dociera do niego chmura pozostałości po piłce.

W momencie kiedy plazma dociera do pałkarza, środek masy piłki wciąż porusza się z istotną częścią prędkości światła. Najpierw zostaje trafiony kij, zaraz po tym pałkarz, baza i łapacz dezintegrują rzuceni na siatkę ochronną przez rozpędzoną chmurę plazmy. W ciągu pierwszej mikrosekundy promieniowanie X oraz plazma rozprzestrzeniają się na zewnątrz oraz do góry pochłaniając obie drużyny i otoczenie.

Przypuścmy, że obserwujesz stadion ze wzgórza poza miastem. Pierwszą rzeczą którą dostrzegasz jest oślepiający błysk, o wiele jaśniejszy od Słońca. W przeciągu kilku sekund światło stopniowo słabnie, a kula ognia przeobraża się w rosnącą chmurę w kształcie grzyba. Następnie, słyszysz potężny huk - fala uderzeniowa wyrywa drzewa i powala budynki.

Wszystko w promieniu przekraczającym kilometr od stadionu zostaje zrównane z ziemią. Burza ognia pochłania pobliskie miasto. Dawny romb boiska jest obecnie dużym kraterem o środku kilkadziesiąt metrów za pozycją łapacza.

Uważna lektura oficjalnych zasad Major League Baseball, reguły 6.08(b) sugeruje, że w takiej sytuacji pałkarz został trafiony przez rzuconą piłkę i ma prawo przejść do pierwszej bazy.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz