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.

День Физика 2017 - Лучшее

В связи со 100-летней годовщиной, в 2017 году День Физика прошёл под знаком коммунистической революции. Поэтому многие шутки были связаны с этой годовщиной.

В целом мне удалось записать не так много шуток, по сравнению с прошлыми годами. Может я не внимательно смотрел ...

Интересные шутки:

• Сторонники теории большого взрыва – большевики
• Энтропия – мать порядка
• Физика должна быть ядрёной и резонансной
• Утренняя эээ... лекция – это нормально
• Альфа, бэта и гамма тельцы, рожденные под знаком электронных весов
• Как мимолетны водородные связи

Чёрная Дыра на службе Тёмной Стороны или сценарий для Звёздных Войн 9

Известный фильм Звёздные Войны становится скучноватым, уже 3 раза повстанцы находили уязвимое место в Звезде Смерти и уничтожали ее. Со Темной Стороны тоже не так много нового, каждый раз еще большая по размеру Звезда Смерти, все те же лучи, которые могут уничтожать целую планету. Правда стоить отметить, что в 7 эпизоде они пошли немного дальше, и реализовали многозадачность, т.е. теперь можно уничтожать несколько планет одновременно :) Но в общем и целом скукота и боян.

Пора уже придумать что-то новенькое, как со стороны повстанцев и Светлой Стороны, так и с Темной Стороны.

Предлагается такой технический сценарий: Новая Звезда Смерти является оболочкой вокруг звезды (Сфера Дайсона), и используя всю энергию излучаемую звездой, создает Чёрную Дыру. Чёрная Дыра создается с начальным импульсом, направленным в сторону неугодной планеты и на безопасном для самой Звезды Смерти расстоянии.

Когда Чёрная Дыра достигнет планеты, она засосет всю планету и все, что было на ней.

Выглядит как интересная теория, но попробуем что-нибудь посчитать для обоснования технической возможности :).

Как можно создать Чёрную Дыру

Просто путем перекрещивания очень мощных световых пучков. Если плотность энергии достигнет требуемого уровня, тогда в соответствии с уравнением Эйнштейна E=mc² энергия перейдет в массу и Чёрная Дыра может быть создана. Если эти световые лучи распространялись в одном направлении или имели средний ненулевой импульс, то Чёрная Дыра будет обладать таким же импульсом и двигаться в том же направлении, как показано на рисунке ниже.

Зеленые линии — исходные световые лучи, красная стрелка — направление движения Чёрной Дыры.

Требования, предъявляемые к Чёрной Дыре, которая способна поглотить целую планету

Простой расчет по формуле Гравитационного Радиуса, показывает, что Чёрная Дыра диаметром 1 мм будет иметь массу 5% от массы Земли. Такая Чёрная Дыра создает гравитацию в 200 раз больше земной на расстоянии 100 км, что в принципе при определенных условиях достаточно для того, чтобы поглотить всю планету, размером в Землю. Или как минимум в планете будет проделана дыра, диаметром несколько сотен километров, что скорее всего приведет к разрушению планеты под действием ее собственной гравитации.

Если учесть, что наше Солнце в виде энергии (по формуле E=mc²) излучает 4 млн. тонн в секунду, то для создания такой Черной Дыры нужно будет собрать всю энергию, которое Солнце излучает за 2.6 млн лет. Выглядит нереалистично даже для Звездных Войн :). Если взять звезду побольше Солнца (например, Сверхгигант), которая излучает в 100000 раз больше энергии, то получится 26 лет. Тоже как-то многовато, поэтому нужно придумать что-то похитрее.

Чёрная Дыра с прикормом :)

Если собрать всю энергию, которую эта звезда-сверхгигант излучает за 1 секунду и сфокусировать в объеме размером 10^-12м, то получится маленькая Чёрная Дыра. Эта Чёрная Дыра не способна поглотить целую планету, т.к. ее гравитация на расстоянии 50 метров будет равна Земной. Но такую Чёрную Дыру можно быстро "накормить" и "вырастить" используя вещество звезды. Выкачивать вещество звезды Темная Сторона научилась еще в эпизоде 7 :)

Так может выглядеть процесс засасывания планеты :)

Но как видно в конце видео, часть планеты все же осталась, и повстанцы могли там спастись :)

Исправим эту оплошность немного изменив параметры относительного движения планеты и Чёрной Дыры, и получится так

Если планета и Чёрная Дыра не движутся друг относительно друга, то процесс будет выглядеть так

Весь процесс целиком может выглядеть так

Хэппи-Энд для Повстанцев и Светлой Стороны

Казалось бы, теперь повстанцы уже ничего не смогут сделать. У такой Звезды Смерти нет реактора, нечего взрывать, а уничтожить целую звезду повстанцам не под силу. Неужели у Светлой Стороны нет выхода и им придется сдаться?

Конечно всегда найдется способ :)

Во-первых, все Джедаи могут собраться (их к 9 серии может много накопиться) и воспользовавшись силой перенаправить Чёрную Дыру обратно на Звезду Смерти и ее саму засосет. Например, как останавливал выстрел бластера Кайло Рен в Эпизоде 7.

Во-вторых, они могут обмануть Темную Сторону и допустить якобы утечку информации о местоположении их базы, но вместо базы будет настоящая большая Чёрная Дыра, которая изменит траекторию созданной маленькой Чёрной Дыры на противоположную и таким образом она разрушит Звезду Смерти.

В-третьих, т.к. Звезда-Сверхгигант из-за ее большой массы сама по себе может сколлапсировать в черную дыру, то повстанцы могут воспользоваться этим. Например, фокусировать все излучение звезды обратно внутрь звезды. Тогда это может привести к гравитационному коллапсу Звезды-Сверхгиганта, которая сколлапсировав, засосет Звезду Смерти.

P.S. Если вы Джордж Лукас/Дисней и этот пост выглядит интересным для вас, то мы можем поговорить по поводу авторских прав на эту идею :)

P.P.S. Этот пост не претендует на абсолютную научную точность, хотя на сколько мне известно, все приведенные числа являются точными. Для создания анимации планеты и Чёрной Дыры решались дифференциальные уравнения Эйнштейна из ОТО. Симуляция выполнена на основе примера отсюда.

День Физика 2015

День Физика 2015 выпал на 10 апреля 2015, хотя отмечался всю неделю. Главное событие - это конечно же Challenge Cup.

Ниже привожу понравившиеся мне шутки с челенжа.

При появлении Васи Буслова в костюме Кончиты Вурст его заболевание состояние охарактеризовали как "Сексуально-волновой дуализм".

Вопрос: Чем отличаются математики от остального населения России?
Ответ: В отличие от других работающих Россиян, математики любят сокращения.

На горячую линию президента поступил вопрос: "В связи с повышением цен, не пора ли проводить в стране деноминацию". Физики советуют не торопиться с деноминацией, т.к. отбрасывание каждого нуля приводит к потере порядка.

Вопрос: чем страдают математики в жизни?
Ответ: очевидно, что математики это люди с ограниченными "физическими" возможностями.

Просто хорошие фразы:

• Триединство законов Ньютона.


• Непорочное зачотие.


• Не выносимых студентов не бывает.


• В рамках импортозамещения экзамен по английскому языку на физфаке предлагается отменить, и заменить его еженедельным диктантом по русскому языку.

Эротические фантазии физиков

P.S. ФИЗФАК-ЧЕМПИОН!

Как увидеть динозавров и мамонтов с помощью черной дыры и телескопа

Если нельзя, но очень хочется, то можно.

Возможно ли увидеть настоящих живых динозавров или мамонтов? Конечно нет, скажет каждый. Но если хорошо подумать, то в принципе есть варианты :). На данном этапе развития технологий — это практически недостижимо, но теоретически возможно.

Итак, как же увидеть прошлое? Для этого нужно поймать свет от Земли, который был искривлен черной дырой на 180 градусов. Расстояние до черной дыры в световых годах должно быть равно половине количества лет, на которые требуется увидеть прошлое. Т.е. если хочется увидеть динозавров, 100 млн. лет назад, то расстояние до черной дыры должно быть 50 млн. световых лет. Тогда свет дойдет до черной дыры за 50 млн. лет и 50 млн. лет будет идти обратно до Земли. Суммарная задержка светового сигнала как раз составит 100 млн. лет.

В идеале, хотелось бы получить примерно такую картинку, как эта фотка со слонами на Google Maps, только вместо слонов — мамонты или динозавры.

На этой картинке из Википедии показана одна из возможных траекторий света вблизи черной дыры (зеленые и красные линии, это возможные траектории светового луча вблизи черной дыры, показанной серым).

К примеру, фотон может облетать чёрную дыру так, меняя свою траекторию на 180 градусов

Или даже так, отклоняясь на 220 градусов

Видео выше получено с помощью этого демо общей теории относительности.

Выглядит как интересная теория, а как дело обстоит на практике? Попробуем ответить на практические вопросы:

• Есть ли подходящие черные дыры?
• Какой нужен телескоп, чтобы увидеть динозавров с разрешением, например, 1 см?

Подходящие чёрные дыры

Если открыть статью Википедии "Кандидаты в чёрные дыры", то можно найти пару подходящих черных дыр. Одна в центре нашей Галактики (Расстояние 26000 световых лет) Стрелец А* и вторая в галактике М60, она же Messier 60 и NGC 4649 (60 млн. световых лет). Стрелец А* позволит нам увидеть мамонтов и неандертальцев — 52000 лет назад, а М60 динозавров — 120 млн. лет назад.

Какой же нужен телескоп

Подходящие черные дыры найдены, осталось рассчитать и построить телескоп, в который можно все это увидеть. У каждого телескопа есть предельная разрешающая способность, которая определяется диаметром объектива. Если выполнить точный расчет, какой должен быть диаметр объектива телескопа. чтобы можно было разглядеть мамонта с разрешением 10 см с расстояния 52000 световых лет, то получаем число 1.67*10¹² км (1670000000000 км) или 1.67 триллиона километров. Для динозавров с расстоянием 120 млн. световых лет получается примерно в 2000 раз больше — 3.85*10¹⁵ км (3850000000000000 км) или 3.85 тыс. триллионов километров. Чтобы проще представить эти числа, сравним их с диаметром орбиты Нептуна. Для мамонтов нужен телескоп диаметром 186 орбит Нептуна, для динозавров 428000 орбит Нептуна. Выглядит многовато и абсолютно нереалистично. Но наука не стоит на месте, последние исследования в квантовой механике говорят о том, что возможно преодоление дифракционного предела для телескопа с помощью квантово запутанных (entangled) фотонов или квантового усиления света по аналогии с лазером. Вот несколько ссылок на статьи по этой теме:

http://physicsworld.com/cws/article/news/2014/apr/29/quantum-telescope-could-make-giant-mirrors-obsolete
https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/how-to-build-a-quantum-telescope-5f473cf5a4bc#.px6glqnha
https://arxiv.org/pdf/1604.06928.pdf

Так что вполне возможно через 50-100 лет с помощью подобных технологий мы сможем увидеть настоящих динозавров. А прослушать радиопередачи, которые транслировались 50 лет назад, может быть получится и с помощью современных радиотелескопов. Но это уже отдельная история.

Другие технические трудности

Вероятно, при искривлении света черной дырой, изображение будет очень сильно искажено, как например на этой фотографии

где линия улыбки — это искажённое гравитацией изображение.

Может быть его удастся восстановить с помощью постобработки, а может быть и нет. Чтобы решить эту проблему, можно использовать не черную дыру, а обычные звезды, такие как наше Солнце. Например, Солнце отклоняет свет примерно на 1 угловую секунду. Чтобы отклонить свет на 180 градусов, потребуется 648 тысяч солнц. В нашей Галактике (Млечный Путь) содержится 200—400 млрд. звезд, что вполне достаточно для этой задачи :)

UPDATE 1 (21.06.2018)

После проведения дополнительных расчетов оказалось, что в нашей Галактике не получится использовать обычные звезды (принимая во внимание среднее расстояние между звездами, среднюю массу звезд и т.д.), т.к. круговой путь светы должен быть в 2-5 раз больше размера нашей Галактики. Таким образом, использование черных дыр обязательно. Другие вычисления показали, что с помощью телескопа Хаббл, мы можем увидеть мнимое изображение нашего Солнца, созданное одной или несколькмим чёрными дырами. Солнце будет видно как звезда 21 звездной величины, если его свет будет преломлен ближайшими чёрными дырами, а телескоп Хаббл может различить звезды до 31 звездной величины. Детали доступны в этой статье (на английском).

Похудение на основе Закона Сохранения Массы

Введение

Начнём с терминологии. В обиходе принято употреблять термины вес и сбросить вес, когда говорят о похудении, но т.к. с точки зрения физики, вес понятие сложное, а именно, сила, действующая на опору, и измеряется он в Ньютонах, а например, в невесомости, при неизменном внешнем виде, вес равен нулю, то будем использовать термин масса, которая измеряется в килограммах и уменьшение массы тела, как синоним слова похудение.

Итак, наша цель, уменьшить массу тела. Вопросы вида "какая часть тела уменьшит массу" или "как уменьшить массу определённых частей тела, ягодиц, живота и т.п." оставим без рассмотрения в данном посте. Рассматривается только человеческое тело целиком и его общая масса. Также в данном посте не рассматриваются медицинские вопросы и последствия применения приведенных рекомендаций для здоровья.

Примечание: в любом случае проконсультируйтесь с вашим лечащим врачом, перед применением рекомендаций из этого поста. Слепое применение некоторых рекомендаций может повредить здоровью. Данный пост не является инструкцией к похудению, а призван пояснить, как работает закон сохранения массы.

Механизмы увеличения и уменьшения массы тела

Сначала попробуем рассмотреть, каковы механизмы увеличения и уменьшения массы человеческого тела.

На первый взгляд можно выделить 2 способа увеличения массы:

• прием пищи
• прием жидкости (Воды, Соков, Кокаколы, Пива, Водки и т.д.)

Все остальное пренебрежимо мало и находится за рамками рассмотрения данного поста, если конечно рассматриваемое тело не вводит в вену по литру чего-нибудь каждый день :)

Уменьшение массы человеческого тела осуществляется 4-мя основными путями:

• Дефекация
• Деуринация
• Потоотделение
• Выделение различных газов, водяного пара, углекислого газа и т.д. через легкие при выдыхании (например, выделение водяного пара может доходить до 50 граммов в час).

Конечно, можно еще плевать по литру в сутки или изрыгать другие жидкости в большом количестве, это тоже может помочь :).

Причём тут закон сохранения массы?

С точки зрения физики и законов сохранения, масса не может взяться ниоткуда и не может исчезнуть в никуда. Т.е. грубо говоря, если ничего не жрать и не пить, то масса тела не может увеличиться в принципе! Очень забавно выглядят люди, которые утверждают, что-то вроде "Да я аще ничего не ем, а масса растёт". Это невозможно, как вечный двигатель.

Сложно отрицать, что в связи с некоторыми нарушениями в организме, у некоторых тел и при малом потреблении пищи может увеличиваться масса и объем отдельных частей тела, например, увеличивается нога, при постоянной или уменьшающейся общей массе тела.

В результате применения закона сохранения массы получаем правило физического похудения: если скорость увеличения массы тела, меньше скорости уменьшения массы тела, то общая масса тела будет уменьшаться.

Этот закон можно сформулировать такой формулой

Здесь M – конечная масса тела, которую мы хотим уменьшить (похудеть).
– начальная масса тела, до того, как тело решило начать худеть.

 – масса которая входит в тело на i-й итерации, тем самым увеличивая общую массу.

 – масса которая выходит из тела на i-й итерации, тем самым уменьшая общую массу.

Для успешного уменьшения массы необходимо выполнить условие ниже, т.е. конечная масса меньше начальной:

 А это возможно только при выполнении следующего условия

(нужно добавить несколько формул, а то народ не поверит в научность поста :))

Или попроще: если за равные промежутки тело будет есть и пить меньше, чем из него выходит, то масса тела будет уменьшатся.

Или совсем просто, но в духе Капитана Очевидность: Жрать надо меньше!

Как это применить на практике?

Ну и что, скажет читатель? И что нам теперь делать с этим "великим тайным" знанием?

Для применения данного закона, как говорят физики "в лоб", необходимо каждый раз измерять массу, покинувшую тело, массу пищи/жидкости перед каждым приемом и принимать внутрь массу меньшую, чем масса покинувшая тело. Так и видится, как все дружными толпами ринулись взвешивать результат похода в туалет :)

В связи с технической сложностью реализации данного способа, а также вопросами гигиены (как показано на рисунке выше), попробуем найти более простой и изящный способ применения этого правила.

План А

Наиболее точный, но сложно реализуемых подход, это записывать в таблицу массу тела после каждого ее изменения. Для этого потребуются весы, измеряющие массу тела с точностью до 0,1 кг (100 грамм) или точнее. Узнать сколько массы вошло/вышло из тела, можно взвешивая тело до и после соответствующих событий. Также стоит от метить, что измерение массы необходимо выполнять в одной и той же одежде или без нее, в противном случае погрешность может быть достаточно большой. Например, будет неверным такое измерение: утром взвеситься в пижаме, а вечером после работы в том, в чем пришли с работы.

Также полезно знать, сколько массы теряется за ночь. Это поможет ответить на вопрос, "а не съесть ли мне бутербродик на ночь?". Нужно взвеситься перед сном, например, в 23:00, а потом утром, после завершения утреннего туалета. После вычитания двух измерений, получится искомая потеря массы за ночь. Желательно выполнить эту процедуру несколько раз и провести усреднение результата.

Если в 9 вечера возникает сильное желание что-нибудь схомячить, необходимо выполнить измерение текущей массы теля, прибавить среднюю потерю массы за ночь, и таким образом будет проведена оценка ожидаемой утренней массы тела. Если предсказанная утренняя ожидаемая масса тела окажется больше допустимой, то захомячить бутербродик уже нельзя.

Итак, составляем таблицу с нижеуказанными данными:

Дата-время	Масса кг	Изменение массы кг	Описание	Приход массы за сутки кг	Уход массы за сутки кг
31.12.2016 23:30	85.4		после завершения дня, перед сном	2.5	-2.3
01.01.2017 08:00	84.3	-1.1	после утреннего туалета
01.01.2017 08:30	84.8	0.5	после завтрака
01.01.2017 10:00	84.6	-0.2	после туалета по маленькому
01.01.2017 13:00	85.6	1	после обеда
01.01.2017 15:00	85.3	-0.3	после туалета по маленькому
01.01.2017 19:00	86	0.7	после ужина
01.01.2017 20:00	85.5	-0.5	после туалета по маленькому
01.01.2017 21:00	85.8	0.3	после бутера с чаем на ночь
01.01.2017 23:00	85.6	-0.2	после завершения дня, перед сном
02.01.2017 08:00	84.5	-1.1	после утреннего туалета

Из таблицы видно, что тело увеличило массу на 200 грамм за сутки, а в случае отказа от бутерброда на ночь в 21:00, тело уменьшило бы свою массу на грамм.

Для начала, можно просто составить такую таблицу не меняя диеты. Из таблицы можно сделать вывод, где было съедено/выпито лишнее. После анализа таблицы уже можно вводить корректировки в приемы пищи/жидкости.

Этот способ вероятно покажется слишком жёстким, возможно и такое, что до следующего приема пищи тело может и не дожить :)

План Б

Конечно вести такую таблицу из плана А довольно сложно, особенно работающем человеку. В офисе будет сложновато найти/брать с собой весы в туалет :).

Поэтому предлагается 2 упрощенных варианта:

1. Перед каждым приёмом пищи взвешиваться и не есть до тех пор, пока масса тела не снизится ниже предыдущего измерения на N грамм.

Этот способ гарантирует похудение на 3N грамм в день. Если N = 100 грамм, то похудение на 300 грамм в день.

Такая скорость снижения массы может быть слишком высокой, поэтому в этом случае необходимо соблюдать осторожность или использовать разные значения N для завтрака, обеда и ужина.

Например, сегодня перед завтраком масса оказалась 55.3 кг, значит нельзя обедать до тех пор, пока масса не снизится до 55.2 кг, и нельзя ужинать до 55.1 кг, и завтра нельзя завтракать до тех пор, пока масса не снизилась до 55.0 кг.

Или в упрощенном варианте для разных N, сегодня перед завтраком масса оказалась 55.3 кг, значит нельзя обедать до тех пор, пока масса не снизится до 55.2 кг, и нельзя ужинать до 55.15 кг, и завтра нельзя завтракать до тех пор, пока масса не снизилась до 55.12 кг.

2. Не начинать завтракать, пока вес не будет на N грамм меньше, чем вчера в тоже время.

Этот способ попроще и предполагает взвешиваться 1 раз в день.

Завтрак можно заменить на обед или ужин. Этот способ гарантирует похудение на N грамм в день.

Например, сегодня перед завтраком масса оказалась 55.3 кг, значит завтра нельзя завтракать до тех пор, пока масса не снизилась до 55.2 кг и т.д.

Как можно помочь попробовать уменьшить массу без жесткого контроля

Даже с однократным взвешиваем бывает тяжело сдвинуть время завтрака/обеда/ужина. Например, если человек вынужден завтракать в одно и тоже время перед уходом на работу, в фиксированное обеденное время на работе и т.д., то будет сложно сдвинуть время завтрака или обеда.

В этом случае предлагается контролировать массу по возможности как можно чаще и контролировать, количество принятой пищи. Например, взвешиваться перед сном и утром, сравнивать утреннюю массу сегодня и вчера, и если масса выросла, то проанализировать, что было лишнее в питании вчера, чтобы выработать план мероприятий по предотвращению подобного переедания в будущем. Также, если очень хочется что-то съесть между стандартными приемами пищи или на ночь, то лучше взвесится, чтобы оценить насколько масса далека от установленной цели. Иногда, процесс измерения массы и полученное её значение может устремить желание что-либо принять к нулю.

Я сам один раз похудел на 7 кг пользуясь именно этим подходом. Правда потом сила воли меня покинула и бутербродик на ночь вернул все обратно :)

Как помочь организму быстрее выводить массу

На первый взгляд похудение на основе закона сохранения массы не предлагает никаких ограничений в виде еды (диеты), т.е. можно есть хоть в Макдональдсе, главное контролировать количество съеденного. Да, это так и есть, если жестко следовать Плану А или Плану Б, то уменьшить массу тела точно получится, но возможно откладывать прием пищи придется дольше и для организма этот будет больший стресс.

По опыту, если применять стандартные рекомендации, получается лучше и проще, большинство из подобных советов правда давно известны и попахивают приветом от Капитана Очевидность:

• Не есть торты, жирное, мучное и т.п., т.к. организм дольше это перерабатывает. Например, если ужин будет состоять из 1 кг тортов, то вряд ли за ночь удастся сбросить много, и в соответствии с планом А/Б придется откладывать завтрак до обеда, а если съесть 2 кг огурцов, то к утру все выйдет и в 8 утра можно будет спокойно позавтракать.
• Не есть на ночь, после 19:00. Особенно если контрольное измерение массы проводится утром перед завтраком.
• Перед сном и перед очередным приемом пищи, должно наблюдаться легкое чувство голода, в случае его отсутствия, вероятнее всего исследуемое тело переедает.
• Если очень хочется что-то заточить, то лучше взвесится и оценить свою массу на следующем контрольном взвешивании. Может тогда на желание что-то съесть сработает оператор уничтожения, иногда помогает :)
• Как это ни странно звучит, но занятия спортом тоже помогают :)
• И АЩЕ, жрать надо меньше! :)

P.S. Этот пост создан для демонстрации и пояснения закона сохранения массы, а не как рекомендация для похудения.

День Физика 2016 - Лучшее

Вчера 8 Апреля 2016 года состоялось долгожданное событие Дня Физика 2016 - Challenge Cup

Вот некоторые шутки, которые мне понравились:

• Наука - это не фемтосекундное увлечение
• Балет Гравитационное озеро
  
  • Музыка Чайковского
  • Слова Тарковского
  • Пространство Минковского
• Игра - угадай физический закон с 3-х слов
• Кто у меня тут воздух флуктуирует?
• Не пиэйчди мне тут!
• Матмех настолько преуспел в коммерческом обучении, что открыл свой филиал - лоукостер. Он так и называется - ПМПУ
• На кафедре ядерной физики установили, что если разбавлять спирт тяжёлой водой, то и похмелье будет нелегким
• Для погашения академической задолженности предлагается привлекать не только лекторов но и коллекторов
• Военной кафедре СПбГУ присвоено звание гвардейской, т.к. только эта военная кафедра выпустила сразу 2-х верховных главнокомандующих.

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.