Рэндалл Манро - А что, если?.. Научные ответы на абсурдные гипотетические вопросы
В этом разделе я отвечу на несколько разных вопросов, касающихся молнии. Говорят, что молния бьет в самую высокую точку на местности. Это одно из тех раздражающих своей неточностью утверждений, которые сразу вызывают массу вопросов. Самую высокую – в пределах какого радиуса? Я хочу сказать, что не все же молнии бьют в Эверест. Но будет ли молния выбирать самого высокого человека в толпе? Самый высокий человек, которого я знаю, это, вероятно, канадский писатель, программист и автор комиксов Райан Норт. Стоит ли мне стоять рядом с ним во время грозы – или это небезопасно? И вообще – стоит ли мне стоять рядом с Райаном из каких бы то ни было соображений?…
Наверное, мне все-таки стоит отвечать на вопросы, а не задавать их.
Так как же молния выбирает цель?
Удар молнии начинается с ветвящегося электрического заряда – «лидера молнии», который спускается с тучи. Он идет вниз со скоростью, составляющей десятки или даже сотни километров в секунду и преодолевает несколько километров до земли за несколько десятков миллисекунд.
У лидера довольно низкая сила тока – порядка 200 А. Этого достаточно, чтобы вас убить, но это ничто по сравнению с тем, что будет дальше. После того как лидер достигает земли, электрический заряд облака и земли выравнивается, высвобождая где-то около 20 000 А. Это и есть та ослепляющая вспышка, которую мы видим. Она поднимается обратно со скоростью, сопоставимой со скоростью света, преодолевая расстояние меньше чем за миллисекунду[42].
То место на земле, куда, как мы видим, «бьет» молния, – это та точка, где лидер впервые коснулся поверхности. Лидер спускается через атмосферу маленькими скачками, прокладывая себе путь к (обычно) положительно заряженной поверхности земли. Однако в момент, когда лидер «решает», куда ему устремиться дальше, он «чувствует» этот заряд только в радиусе нескольких десятков метров от себя. Если в этом радиусе имеется что-то, соединенное с положительно заряженной землей, заряд немедленно устремляется туда, в остальных случаях он перемещается в более или менее случайном направлении, и процесс повторяется.
Вот тут мы и используем 60-метровую воображаемую сферу. Это способ определить, какие точки лидер почувствует в первую очередь – точки, на которые он может перепрыгнуть в следующий (последний) шаг.
Чтобы разобраться, куда может ударить молния, давайте покатим по земле нашу воображаемую сферу диаметром 60 м[43]. Огромный шар перекатывается через деревья и здания, однако не проходит сквозь них (и не подминает их). Места, где поверхность шара соприкасается с чем-либо – с верхушкой дерева, столбом изгороди, игроком на поле для гольфа, – и есть вероятные мишени молнии.
Это значит, что можно рассчитать «тень» молнии вокруг объекта высотой h на плоской поверхности.
Тень – это зона, в которой лидер ударит в самый высокий объект, а не в землю вокруг него:
Учтите, это не значит, что в тени вы в безопасности – часто даже наоборот. После того как заряд ударил в высокий объект, он уходит в землю. Если вы касаетесь земли рядом, он может пройти через ваше тело. Из 28 людей, убитых молнией в США в 2012 году, 13 стояли под деревом или рядом с ним.
А теперь давайте посмотрим, каковы будут возможные пути молнии в сценариях, которые описаны нижеследующими вопросами.
ВОПРОС: А что, если искупаться в бассейне в грозу? Опасно ли это?
ОТВЕТ: Достаточно опасно. Вода представляет собой проводник, но это не самая большая проблема: хуже то, что, когда вы плаваете, ваша голова выступает над большой плоской поверхностью. Но даже если молния ударит в воду рядом с вами, это все равно плохо. 20 000 А распространятся по воде во все стороны, в основном, по ее поверхности, но какой именно разряд вы получите в той или иной точке бассейна, рассчитать сложно.
Я предполагаю, что вы будете в довольно серьезной опасности, если находитесь не дальше десятка метров от места удара – и даже дальше, если вода в бассейне пресная, поскольку разряд будет просто счастлив «срезать» путь через вас.
А что произойдет, если вы будете принимать душ в тот момент, когда в вас ударит молния? Или стоять под водопадом?
Брызги не будут представлять опасности – это просто капли воды, висящие в воздухе. Ванна у вас под ногами и лужица воды в ней, имеющая прямой контакт с металлической выпускной трубой, – вот где настоящая опасность.
ВОПРОС: А что, если в лодку или в самолет, в которых вы находитесь, попала молния? А в подводную лодку?
ОТВЕТ: Лодка без кабины опасна примерно в той же степени, что и поле для гольфа. Лодка, оборудованная закрытой кабиной и системой защиты от молнии, примерно так же безопасна, как автомобиль. Подлодка безопасна примерно так же, как подводный сейф (не стоит путать подводный сейф с сейфом на подводной лодке, сейф на подводной лодке куда безопаснее, чем подводный сейф). Современные авиалайнеры, как правило, более или менее нормально переживают удар молнии – они сконструированы так, чтобы молния не повредила ни пассажирам, ни электронике самолета.
ВОПРОС: А что, если бы вы меняли лампочку на вершине радиовышки в тот момент, когда ударила молния? Или делали обратное сальто? Или стояли на графитовом поле? Или смотрели прямо на молнию?
ОТВЕТ:
ВОПРОС: А что, если бы молния попала в летящую пулю?
ОТВЕТ: Пуля не повлияет на траекторию молнии. Пришлось бы как-то рассчитать момент выстрела так, чтобы пуля оказалась в середине разряда молнии, когда случится обратный разряд.
Центр разряда молнии не больше нескольких см в диаметре. Пуля, выпущенная из АК-47, имеет длину примерно в 26 мм и движется со скоростью 700 мм в миллисекунду.
Пуля сделана из свинца в медной оболочке. Медь – замечательный проводник электричества, и немалая часть 20 000 А могла бы пройти через нее.
Как ни странно, пуля перенесла бы это довольно хорошо. Если бы она не двигалась, поток быстро нагрел бы металл и расплавил его. Но поскольку она будет быстро двигаться, то выйдет из потока прежде, чем тот нагреет ее больше чем на несколько градусов. Пуля продолжила бы лететь в цель, практически не изменив траекторию. Возникнут довольно любопытные электромагнитные силы, созданные магнитным полем вокруг разряда и его прохождением через пулю, но ни одна из них, согласно моим расчетам, сильно не изменит картины.
ВОПРОС: А что, если бы вы обновляли BIOS на своем компьютере во время грозы и в вас бы ударила молния?
ОТВЕТ:
Странные (и тревожные) вопросы из почтового ящика «А что, если?»
ВОПРОС: Можно ли остановить извержение вулкана, разместив под ним ядерную бомбу?
– Томаш ГрушкаВОПРОС: Мой друг уверен, что звук распространяется в космосе. Это ведь не так, правда?
– Аарон СмитМозг и компьютер
ВОПРОС: А что, если бы все человечество бросило заниматься текущими делами и занялось вычислениями? Какой вычислительной мощности можно было бы достичь? Можно ли сравнить ее с производительностью современных компьютеров и смартфонов?
– Матеуш КнорпсОТВЕТ: С одной стороны, люди и компьютеры думают совершенно по-разному, так что сравнивать их – все равно что сравнивать яблоки с апельсинами
Но с другой стороны, яблоки, конечно, лучше[44]. Давайте попробуем напрямую сравнить человека и компьютер, выполняющих одно и то же задание.
Несложно придумать задачу, которую один-единственный человек решит быстрее, чем все компьютеры мира (хотя с каждым днем это становится все труднее). Например, люди все еще лучше, чем компьютеры, угадывают, что именно произошло на картинке:
Чтобы проверить эту теорию, я послал эту картинку моей матери и спросил, что, по ее мнению, произошло. Она немедленно ответила: «Ребенок разбил вазу, а кот изучает обстановку»[45].
Она мудро отвергла альтернативные версии, включая следующие:
• вазу разбил кот;
• кот выпрыгнул из вазы на ребенка;
• кот гнался за ребенком, а тот попытался взобраться на комод при помощи веревки;
• в дом забрался дикий кот, и кто-то кинул в него вазу;
• в вазе была спрятана мумия кота, но она ожила, когда ребенок коснулся ее волшебной веревкой;
