Забавные иконки ожидания/загрузки чего либо, основанные на научном подходе

Введение

Однажды я пытался найти веселые научные иконки ожидания или загрузки, но нашел всего несколько штук, типа вращающийся атом, молекула ДНК, вращающаяся земля и другие планеты. Но большинство из них были так сказать "плод воображения дизайнера" об научном объекте, а не результат реальных научных вычислений. Ниже представлены примеры стандартные иконки, которыми пользуются почти все:

      

После безуспешных попыток найти подобные иконки я решил сделать их самостоятельно основываясь на научном подходе и реальных научных вычислениях (или почти реальных:)). И вот что получилось.

Прецессия орбиты планеты в гравитационном поле звезды

Эти иконки были созданы с использованием одного из решений уравнений Эйнштейна из Общей Теории Относительности. Они описывают прецессию орбиты планеты и впервые это явление было открыто для орбиты Меркурия и объяснение феномена было одним из первых доказательств Общей Теории Относительности Эйнштейна. Полученные иконки показаны ниже. Используйте их где хотите :). Я подтверждаю, что они находятся в общественном достоянии с точки зрения авторских прав, т.к. они были созданы мной :)

Фигуры Лиссажу

Фигуры Лиссажу больше математическая абстракция, но всё же часто встречается в физике, например, при исследовании и сравнении формы двух синусоидальных сигналов с помощью осциллографа. Как сейчас помню делали подобные лабораторные работы в универе :) Математически они похожи на окружность, но с различными фазами, частотами и амплитудами по осям X и Y. Как и предыдущие иконки, Я подтверждаю их принадлежность к общественному достоянию с точки зрения авторских прав, так что все могут их использовать :)

Все вышеперечисленные иконки могут быть скачаны в одном zip архиве тут.

Черная Дыра на столе

Введение

Последнее время в интернете ходит много разговоров про черные дыры в связи с анонсированием "Открытия Гравитационных волн от черных дыр". Я попытался проделать простые расчеты, чтобы понять, возможно ли создать черную дыру на столе :).

Практическое применение или зачем нам это надо?

Существует ли какая-то практическая ценность в том. что у нам будет черная дыра на столе? Во-первых всегда забавно иметь что-то необычное :), но в действительности она может быть использована как сборщик мусора. Только представьте, вы кидаете какой-нибудь мусор в малюсенький объект и этот мусор сразу же пропадает не оставляя никакого следа. Это очень полезная вещь :)

Вычисление размера и массы

Я не буду пытаться быть очень жадным и амбициозным и посчитаю очень маленькую черную дыру диаметром 0,1мм. Я буду использовать формулу Гравитационного радиуса (или радиуса Шварцшильда) для этих вычислений. Этот радиус означает, что если мы сожмем что-то до этого радиуса, то это что-то станет черной дырой и ничего не сможет от нее улететь, если оно окажется внутри этого радиуса, даже свет. Как известно по ссылке для Земли этот радиус составляет 9 мм.

Хорошо, давайте воспользуемся этой формулой

и посчитаем массу для черной дыры диаметром 0,1 мм. Получится 3,37*10²² кг (33700000000000000000000 кг). Это всего лишь 0,5% (1/200) массы Земли или 40% массы Луны. Это не такая уж маленькая масса и появление ее на Земле может привести к небольшим отклонениям в земной орбите и вращении. Но давайте посчитаем дальше :)

Где нам взять столько вещества?

Конечно же мы не можем просто так взять и собрать столько материи и сжать ее. Что же мы можем сделать? Мы можем использовать известную формулу Эйнштейна E=mc². Другими словами, если мы возьмем маленький металлический шарик и будем ее быстро вращать, то в какой-то момент он превратиться в Черную Дыру. Какая-же должна быть скорость вращения и сколько нам нужно будет энергии? Простые вычисления показывают, что скорость вращения будет 6,5*10²⁷ (6500000000000000000000000000) оборотов в секунду и нам потребуется 3*10³⁹ Джоулей (3000000000000000000000000000000000000000 Джоулей) энергии. 3*10³⁹ Дж энергии обычная электростанция с мощностью 1000Мвт будет вырабатывать 9.6*10²² лет (96000000000000000000000 лет). Скорость вращения такая высокая, что край нашего шарика будет двигаться быстрее скорости света. Это невозможно и нам придется воспользоваться Специальной Теорией Относительности. В этом случае мы получим скорость всего лишь на 1,4*10^-53% меньше скорости света, что соответствует 9,55*10¹¹ оборотов в секунду (955000000000). В любом случае такая высокая скорость невозможна, т.к. любой материал разрушится центробежной силой.

Чем же нам грозит такая маленькая Черная Дыра?

Хотя создание такой Черной Дыры и выглядит невозможным, давайте предположим, что она у нас есть. Нам нужно понять, насколько она может быть опасна. Если мы будем стоять на расстоянии 1 метр от этой Черной Дыры, гравитационная сила будет в 225 000 000 000 раз (2,25*10¹¹) больше чем сила притяжения на поверхности Земли. Конечно же мы не сможем убежать от нее и нас точно засосет внутрь. На расстоянии 475 км сила притяжения будет такая же, как на земной поверхности. Это все равно слишком много, чтобы поставить такую черную дыру у себя на столе. Чтобы быть в безопасности, лично я предпочитаю не подходить ближе 5000 км, где сила притяжения будет в 100 раз слабее, чем на Земле. Также нам не стоит забывать про испарение Черной Дыры. Наша малюсенькая черная дыра 0,1 мм будет очень стабильна и испарится через 10⁴⁴ лет (100000000000000000000000000000000000000000000 лет).

Что случится если Земля столкнется с такой черной дырой?

В общем то эта Черная Дыра проделает дыру в земле диаметром 30 км (на таком расстоянии сила притяжения будет в 1000 раз больше земной) и поглотит все внутри этой 30 километровой дыры.

Безопасная Черная Дыра

Если мы хотим создать "безопасную" черную дыру, например такую, чтобы на расстоянии 10 см ее гравитация была в 100 раз меньше земной, тогда она должна быть 4,5*10^-20 м в диаметре (0.000000000000000000045 м или 100000 раз меньше протона) и обладать массой 15000000 кг (15000 тон). Если мы хотим сделать ее из энергии, то стандартная 1000 Мегаваттная электростанция выработает нужную энергию за 40 миллионов лет. Такая Черная Дыра будет опасна на расстоянии 1 мм, где гравитация будет в 100 раз больше земной. Если мы выстроим несколько таких черных дыр в линию, то мы получим очень необычное оружие, Чернодырный меч. Он будет делать замечательные 1 мм дырки во всем. Но будет сложно представить себе сражение на таких мечах как в Звездных Войнах. 2 черных меча поглотят друг друга и образуют одну большую черную дыру. С такой маленькой черной дырочкой будет только одна проблема, испарение. Т.к. она очень маленькая, она полностью испарится за 3 дня. ЧТобы это предотвратить, ее нужно будет кормить :) И она будет очень прожорливая, около 50 кг в секунду (нифига себе тамагочи, скажете вы). А если ее не кормить, то будет другая проблема, она будет испаряться все быстрее и быстрее и наконец взорвется гигантским взрывом. Например, если мы возьмем черную дыру в 0,8 грамм, она испарится практически мгновенно(1,4*10^-33 секунды или 0.0000000000000000000000000000000014 секунды), что в реальности будет эквивалентно взрыву в 15 килотонн тротила (как было в Японии во время второй мировой войны).

Заключение

Во-первых, на сегодняшний момент не представляется возможным создание Черной Дыры размером 0,1 мм с текущим развитием технологий. Это хорошая новость :) Но если кто-то ее создаст, ее невозможно будет просто так держать на столе. Скорее всего создать будет поглощен ей. Очень маленькая черная дыра весом порядка 1 кг, может быть использована как оружие. Черная дыра в 1 кг сразу же взорвется как 10 Мегатонн в тротиловом эквиваленте.