Spis treści

1. Okładka

2. Strona tytułowa

3. Strona redakcyjna

4. Globalna wichura

5. Relatywistyczna piłka baseballowa

6. Basen z wypalonym paliwem

7. Maszyna czasu w nowojorskim stylu

8. Bratnie dusze

9. Wskaźnik laserowy

Tytuł oryginału: What if? Serious Scientific Answers to Absurd Hypothethical Questions

Konsultacja merytoryczna: Agnieszka Drzazgowska
Redakcja językowa: Milena Schefs
Cover and layout design © Christina Gleason
Adaptacja okładki: Magdalena Zawadzka
Korekta: Małgorzata Denys, Maciej Korbasiński

WHAT IF? Serious Scientific Answers to Absurd Hypothetical Questions by Randall Munroe.
Copyright © xkcd inc 2015
By arrangement with the author. All rights reserved
Copyright for the Polish edition © by Wydawnictwo Czarna Owca, 2024

Wydanie drugie

ISBN 978-83-8143-437-9

Konwersję do wersji elektronicznej wykonano w systemie Zecer.

OSTRZEŻENIE

Nie próbujcie robić tych rzeczy w domu! Autor tej książki jest rysownikiem, twórcą komiksów internetowych, a nie specjalistą od bezpieczeństwa i higieny pracy. Lubi, gdy przedmioty zapalają się lub eksplodują, co oznacza, że nie bierze pod uwagę Waszego dobra. Wydawca i autor nie ponoszą odpowiedzialności za jakiekolwiek szkodliwe następstwa, bezpośrednie lub pośrednie, będące wynikiem lektury tej książki.

Wstęp

NINIEJSZA KSIĄŻKA JEST zbiorem odpowiedzi na hipotetyczne pytania.

Pytania te zostały mi zadane za pośrednictwem mojej strony internetowej, na której – oprócz rubryki z poradami dla szalonych naukowców – stworzyłem również xkcd, internetowy komiks z patyczkowatymi postaciami.

Nie zaczynałem od rysowania komiksów. W szkole studiowałem fizykę, a po ukończeniu nauki pracowałem w NASA w dziale robotyki. W końcu odszedłem z NASA, aby poświęcić się rysowaniu komiksów, ale moje zainteresowanie nauką i fizyką nie osłabło. I ostatecznie znalazłem nowe pole realizacji moich pasji: udzielam odpowiedzi na zadawane mi w internecie dziwne i czasami niepokojące pytania. W tej książce znajdziecie wybór najciekawszych odpowiedzi z mojej strony internetowej oraz garść nowych pytań, na które odpowiadam po raz pierwszy.

Od kiedy pamiętam, starałem się szukać odpowiedzi na dziwne pytania za pomocą matematyki. W wieku pięciu lat przeprowadziłem z matką rozmowę, która została zapisana i umieszczona w albumie rodzinnym. Kiedy matka dowiedziała się, że piszę książkę, odszukała zapis tej rozmowy i przesłała mi go. Oto ona, skopiowana z 25-letniej kartki papieru.

Randall: Czy w naszym domu jest więcej miękkich, czy twardych przedmiotów?

Julie: Nie wiem.

Randall: A na świecie?

Julie: Nie wiem.

Randall: No dobrze, w każdym domu są trzy albo cztery poduszki, tak?

Julie: Tak.

Randall: I w każdym domu jest około piętnastu magnesów, tak?

Julie: Tak myślę.

Randall: Więc piętnaście plus trzy lub cztery, niech będzie cztery, to jest dziewiętnaście, tak?

Julie: Zgadza się.

Randall: Czyli na świecie jest prawdopodobnie około 3 miliardów miękkich i… 5 miliardów twardych przedmiotów. To które wygrywają?

Julie: Myślę, że twarde.

Do dzisiaj nie mam pojęcia, skąd wziąłem te 3 miliardy i 5 miliardów. Na pewno nie wiedziałem wtedy, co oznaczają takie liczby.

Moja znajomość matematyki z czasem nieco się poprawiła, ale zainteresowanie nią ma dziś tę samą przyczynę co wtedy: chcę poznać odpowiedzi na różne pytania.

Mówi się, że nie ma głupich pytań. To oczywiście nieprawda. Wydaje mi się, że na przykład moje pytanie o twarde i miękkie przedmioty było dosyć głupie. Ale okazuje się, że próba znalezienia precyzyjnej odpowiedzi na głupie pytanie może nas zaprowadzić w całkiem interesujące miejsca. Wciąż nie wiem, czy na świecie jest więcej twardych, czy miękkich przedmiotów, ale po drodze dowiedziałem się wielu innych rzeczy. Poniżej przedstawiam wam moje ulubione etapy tej podróży.

RANDALL MUNROE

Globalna wichura

Co by się stało, gdyby Ziemia wraz ze wszystkimi znajdującymi się na niej obiektami nagle przestała się obracać wokół osi, a atmosfera nadal poruszałaby się z tą samą prędkością?

Andrew Brown

PRAWIE WSZYSCY BY ZGINĘLI. A później zrobiłoby się ciekawie…

Na równiku powierzchnia Ziemi porusza się z prędkością około 470 metrów na sekundę – czyli prawie 1700 kilometrów na godzinę – względem osi planety. Gdyby Ziemia zatrzymała się, a otaczające ją powietrze nadal by się poruszało, nagle pojawiłyby się wiatry wiejące z prędkością 1700 kilometrów na godzinę.

Te wiatry byłyby najsilniejsze na równiku, ale wszystkich i wszystko, co żyje pomiędzy 42° szerokości geograficznej północnej a 42° południowej (włączając w to około 85 procent światowej populacji), zdmuchnąłby wiatr wiejący z ponaddźwiękową prędkością. Najsilniejsze porywy tuż nad powierzchnią Ziemi trwałyby tylko przez kilka minut, a potem wiatr zwolniłby w wyniku tarcia. Jednak w ciągu tych kilku minut wszystkie ludzkie budowle obróciłyby się w perzynę.

Mój dom w Bostonie leży wystarczająco daleko na północy, aby znaleźć się poza strefą wiatrów o ponaddźwiękowej prędkości. Jednak wiejące tam wiatry byłyby ponad dwa razy silniejsze od najsilniejszych tornad. Wszystkie budynki, począwszy od szop, a skończywszy na drapaczach chmur, zostałyby zniszczone, wyrwane z fundamentów, a ich elementy toczyłyby się po ziemi.

Wiatry te byłyby słabsze w pobliżu biegunów, ale żadne skupiska ludzkie nie leżą wystarczająco daleko od równika, żeby uniknąć zniszczenia. Longyearbyen na wyspie w archipelagu Svalbard w Norwegii – najwyżej położone miasto na Ziemi – zostałoby zniszczone przez wiatry o sile równej najpotężniejszym cyklonom tropikalnym.

Jeśli chcielibyśmy ten wiatr przeczekać, jednym z najlepszych miejsc mogłyby być Helsinki. Mimo że samo ich położenie – 60° stopni szerokości geograficznej północnej – nie zapewniłoby miastu ochrony, to w skałach, na których jest ono zbudowane, znajduje się skomplikowana sieć tuneli wraz z podziemnymi galeriami handlowymi, lodowiskiem do gry w hokeja, kompleksem basenów itp.

Żadne budynki nie byłyby bezpieczne; nawet konstrukcje wystarczająco mocne, aby wytrzymać taki wiatr, miałyby kłopoty. Jak powiedział komik Ron White: „Nieistotne jest to, że wieje wiatr, ważne, co ten wiatr ze sobą niesie”.

Załóżmy teraz na chwilę, że możemy schronić się w masywnym bunkrze zbudowanym z materiałów odpornych na wiatry wiejące z prędkością 1700 kilometrów na godzinę.

No i świetnie; wszystko byłoby w porządku… gdyby istniał tylko nasz bunkier.

Niestety, prawdopodobnie mielibyśmy jednak sąsiadów. Gdyby któryś z nich miał bunkier leżący od strony nawietrznej w stosunku do naszego i jego bunkier byłby gorzej umocowany w ziemi, nasz bunkier musiałby wytrzymać uderzenie tamtego bunkra lecącego z prędkością 1700 kilometrów na godzinę.

Gatunek ludzki by nie wyginął[1]. Oczywiście na powierzchni Ziemi ocalałoby bardzo niewielu ludzi; latające w powietrzu elementy konstrukcji starłyby na proch wszystko, co nie byłoby zdolne przetrwać wybuchu jądrowego. Jednak wiele osób znajdujących się wówczas pod ziemią miałoby się doskonale. Gdybyśmy w tym momencie siedzieli w głębokiej piwnicy (lub jeszcze lepiej w tunelu metra), mielibyśmy duże szanse na przeżycie.

Byliby też inni szczęśliwcy. Dla dziesiątków naukowców i personelu stacji naukowo-badawczej Amundsen–Scott na biegunie południowym takie wiatry nie stanowiłyby zagrożenia. Dla nich pierwszym niepokojącym sygnałem byłaby nagła cisza, która zapadłaby nad resztą świata. Tajemnicza cisza prawdopodobnie zdenerwowałaby ich na chwilę, ale w końcu ktoś zwróciłby uwagę na coś jeszcze dziwniejszego…

Powietrze

Po ustaniu wiatrów powierzchniowych zrobiłoby się jeszcze dziwniej.

Podmuch wiatru zmieniłby się w podmuch gorąca. W normalnych warunkach energia kinetyczna wiejącego wiatru jest na tyle mała, że można ją pominąć, ale to nie byłby normalny wiatr. Gwałtowne zatrzymanie się wiatru spowodowałoby rozgrzanie powietrza. Nad lądami doprowadziłoby to do dużego wzrostu temperatury, a na obszarach o dużej wilgotności powietrza – do globalnych burz.

Jednocześnie wiatry wiejące nad oceanami zmąciłyby i rozpyliłyby powierzchniową warstwę wody. Przez chwilę ocean nie miałby w ogóle powierzchni, niemożliwe byłoby określenie, gdzie kończy się woda w postaci lotnej, a zaczyna właściwy ocean.

Oceany są zimne. Poniżej cienkiej warstwy powierzchniowej mają one niemal wszędzie temperaturę równą 4°C. Burza wzburzyłaby zimną wodę z głębin. Napływ zimnej mgły do bardzo gorącego powietrza przyczyniłby się do powstania pogody nigdy wcześniej niewystępującej na Ziemi – trudnej do zniesienia mieszaniny wiatru, pary wodnej, wody, mgły i gwałtownych zmian temperatury.

Pionowy ruch wody doprowadziłby do rozkwitu różnych form życia, ponieważ świeże substancje odżywcze dotarłyby do górnych warstw oceanów. Jednocześnie nastąpiłoby masowe wymieranie ryb, krabów, żółwi morskich i zwierząt nieumiejących poradzić sobie z napływem słabo natlenionej wody z głębin. Każdy gatunek zwierzęcia, który musi oddychać powietrzem atmosferycznym – taki jak wieloryby czy delfiny – miałby problemy z przetrwaniem w tym wzburzonym obszarze na granicy morza i powietrza.

Fale przetoczyłyby się wokół Ziemi ze wschodu na zachód i każdy wschodni brzeg doświadczyłby największego przypływu w historii świata. Oślepiająca chmura morskiej wody w postaci mgły wdarłaby się w głąb lądu, a za nią podążyłaby jak tsunami wzburzona ściana wody.

Na niektórych obszarach fale dotarłyby wiele kilometrów w głąb lądu.

Wichury wzbiłyby ogromne ilości pyłu i różnych szczątków do atmosfery. Jednocześnie nad zimną powierzchnią oceanów utworzyłaby się gęsta warstwa mgły. Normalnie doprowadziłoby to do gwałtownego spadku temperatury. Tak stałoby się i w tym przypadku. Przynajmniej po jednej stronie Ziemi.

Gdyby nasza planeta przestała się obracać, przerwaniu uległby także normalny cykl dnia i nocy. Słońce nie przestałoby całkowicie przemieszczać się po niebie, ale zamiast wschodzić i zachodzić raz dziennie, robiłoby to raz do roku.

Dzień i noc trwałyby po pół roku, nawet na równiku. Po dziennej stronie Ziemi jej powierzchnia piekłaby się nieustannie w promieniach Słońca, podczas gdy po nocnej stronie temperatura gwałtownie by spadła. Konwekcja termiczna po dziennej stronie doprowadziłaby do potężnych burz na obszarach wystawionych na działanie Słońca[2].

Taka Ziemia przypominałaby, w pewnym sensie, jedną z obracających się synchronicznie planet pozasłonecznych, powszechnie spotykanych w pobliżu czerwonych karłów, w tej strefie, w której panują warunki sprzyjające rozwojowi życia. Lepszym porównaniem byłaby jednak Wenus w początkowym stadium formowania. Jej własna rotacja sprawia, że jedna strona planety jest – podobnie jak w przypadku zatrzymanej Ziemi – przez całe miesiące zwrócona ku Słońcu. Jednak gruba atmosfera Wenus krąży całkiem szybko, czego następstwem są dni i noce o zbliżonej temperaturze.

Chociaż długość dnia na naszej nieruchomej planecie zmieniłaby się, długość miesiąca pozostałaby taka sama! Księżyc nie przestałby krążyć wokół Ziemi. Jednak bez rotacji naszej planety dostarczającej energii pływom morskim Księżyc mógłby przestać oddalać się od Ziemi (tak jak to robi teraz) i zacząć powoli się do niej zbliżać.

W rzeczywistości Księżyc – nasz wierny towarzysz – mógłby spróbować nawet cofnąć zniszczenia spowodowane scenariuszem napisanym przez Andrew. Obecnie Ziemia obraca się szybciej niż Księżyc, a pływy zwalniają rotację naszej planety, powodując jednocześnie oddalanie się naszego satelity[3]. Gdyby Ziemia przestała się obracać, Księżyc przestałby się od niej oddalać. Pływy, zamiast zwalniać, mogłyby przyspieszać ruch obrotowy planety, a grawitacja Księżyca po cichu, delikatnie pociągnęłaby Ziemię…

…i nasza planeta znowu zaczęłaby się obracać.

Relatywistyczna piłka baseballowa

Co by się stało, gdybyśmy rzucili piłką do baseballu z prędkością wynoszącą 90 procent prędkości światła?

Ellen McManis

Pomińmy pytanie, w jaki sposób nadalibyśmy piłce baseballowej tak dużą prędkość. Załóżmy, że jest to normalny rzut, ale po wypuszczeniu piłki przez miotacza w magiczny sposób przyspiesza ona do 90 procent prędkości światła. Od tego momentu wszystko przebiega zgodnie z prawami fizyki.

ODPOWIEDŹ BRZMI: wydarzyłoby się wiele rzeczy, które działyby się bardzo szybko, a wszystko skończyłoby się źle dla pałkarza (lub dla miotacza). Zasiadłem sobie z książkami do fizyki, kolekcjonerską figurką Nolana Ryana oraz stertą kaset wideo z nagraniami wybuchów jądrowych i spróbowałem rozwiązać ten problem. Poniżej przedstawiam wam rezultat mojej pracy nanosekunda po nanosekundzie.

Piłka leciałaby tak szybko, że wszystko inne pozostawałoby praktycznie nieruchome, nawet cząsteczki powietrza. Poruszają się one z prędkością około tysiąca kilometrów na godzinę, ale nasza piłka pędziłaby przez nie z prędkością ponad 970 milionów kilometrów na godzinę. Oznacza to, że w stosunku do piłki pozostawałyby one w miejscu jak zamrożone.

Zasady aerodynamiki nie miałyby w tym przypadku zastosowania. Normalnie powietrze opływa wszystko, co się w nim porusza. Jednak cząsteczki powietrza przed naszą piłką nie miałyby czasu, żeby usunąć jej się z drogi. Piłka uderzyłaby w nie tak mocno, że nastąpiłaby fuzja jąder atomów wchodzących w skład cząsteczek powietrza z jądrami atomów z powierzchni piłki. Rezultatem każdego zderzenia byłby rozbłysk gamma i emisja różnych cząstek[4].

Promienie gamma i cząstki rozprzestrzeniałyby się na zewnątrz w bańce, której środkiem byłaby górka ze stojącym miotaczem. Zaczęłyby one rozbijać cząsteczki powietrza, odrywając elektrony od jąder i zamieniając powietrze na stadionie w rozszerzającą się bańkę rozżarzonej plazmy. Ścianka tej bańki zbliżałaby się do pałkarza z prędkością bliską prędkości światła – tylko trochę szybciej od samej piłki.

Ciągła fuzja jądrowa zachodząca na przedniej ściance piłki wywierałaby na nią nacisk i spowalniała jej lot, tak jakby była ona rakietą lecącą tyłem naprzód z włączonymi silnikami. Niestety, piłka poruszałaby się tak szybko, że nawet olbrzymia siła pochodząca z wybuchu termojądrowego prawie nie zmieniłaby jej prędkości. Siła ta zaczęłaby jednak „zjadać” powierzchnię piłki, wyrzucając jej malutkie fragmenty we wszystkich kierunkach. Kawałeczki te pędziłyby tak szybko, że w zderzeniu z cząsteczkami powietrza wywołałyby jeszcze dwa lub trzy cykle fuzji jądrowej.

Po około 70 nanosekundach piłka dotarłaby do bazy domowej. Pałkarz nie zobaczyłby nawet miotacza wyrzucającego piłkę, ponieważ informacja ta dotarłaby do niego w tym samym czasie co sama piłka. Zderzenia z cząsteczkami powietrza „zjadłyby” ją prawie całkowicie, byłaby to już tylko chmura rozszerzającej się plazmy w kształcie pocisku (składająca się głównie z węgla, tlenu, wodoru i azotu), rozbijająca powietrze i powodująca w ten sposób kolejne cykle fuzji jądrowej. Najpierw w pałkarza uderzyłoby promieniowanie rentgenowskie, a nanosekundy później oberwałby on rozproszonymi resztkami piłki.

W chwili gdy fala promieniowania rentgenowskiego dotarłaby do bazy domowej, środek chmury plazmy poruszałby się nadal z prędkością bliską prędkości światła. Uderzyłaby ona najpierw w kij, a następnie pałkarz, baza oraz łapacz zostaliby przez nią porwani, przelecieliby przez siatkę ochronną i ulegli dematerializacji. Fala promieniowania rentgenowskiego i plazma rozprzestrzeniałyby się na zewnątrz oraz w górę. W pierwszej mikrosekundzie pochłonęłyby siatkę ochronną, oba zespoły, trybuny i całe otoczenie.

Załóżmy, że oglądalibyśmy to wszystko ze wzgórza poza miastem. Najpierw zobaczylibyśmy oślepiające światło, dużo jaśniejsze od Słońca. Przygasłoby ono w ciągu kilku sekund, a powiększająca się kula ognia zamieniłaby się w chmurę w kształcie grzyba atomowego.

Następnie usłyszelibyśmy ogłuszający huk wybuchu wyrywającego drzewa z korzeniami i niszczącego domy.

Wszystko w promieniu około 1,5 kilometra od kompleksu sportowego zostałoby zrównane z ziemią, a morze ognia pochłonęłoby miasto. Boisko do baseballu, które stałoby się tymczasem znacznych rozmiarów kraterem, znalazłoby się kilkaset metrów od miejsca, w którym wcześniej znajdowała się siatka ochronna.

Zasada 6.08(b) obowiązująca w Major League Baseball mówi, że w takiej sytuacji pałkarza uznaje się za dotkniętego przez piłkę i ma on prawo przejść do pierwszej bazy.

Basen z wypalonym paliwem

Co by się stało, gdybyśmy pływali w basenie z wypalonym paliwem jądrowym? Czy aby otrzymać śmiertelną dawkę promieniowania, musielibyśmy zanurkować? Jak długo moglibyśmy w nim bezpiecznie pływać?

Jonathan Bastien-Filiatrault

JEŚLI JESTEŚMY STOSUNKOWO dobrymi pływakami, przetrwalibyśmy w wodzie od 10 do 40 godzin. Po tym czasie stracilibyśmy ze zmęczenia przytomność i utonęli. To samo spotkałoby nas również w basenie bez wypalonego paliwa jądrowego na dnie.

Wypalone paliwo z reaktorów jądrowych jest bardzo radioaktywne. Woda dobrze pochłania promieniowanie i dobrze chłodzi, dlatego też zużyte paliwo przechowywane jest na dnie basenów przez dziesiątki lat, aż stanie się na tyle niskoaktywne, że można je przenieść do suchych pojemników. Dotychczas właściwie nie wiemy, gdzie powinno się przechowywać takie pojemniki. Wkrótce problem ten zostanie prawdopodobnie rozwiązany.

A tak wygląda typowy basen do przechowywania wypalonego paliwa:

Ciepło nie byłoby dużym problemem. Temperatura wody w basenie z paliwem może dochodzić do 50°C, ale w praktyce wynosi przeważnie od 25°C do 35°C – więcej niż w większości basenów, ale mniej niż w gorącej kąpieli w wannie.

Najbardziej radioaktywne są pręty paliwowe świeżo wyjęte z reaktora. W przypadku wypalonego paliwa jądrowego każde siedem centymetrów wody zmniejsza promieniowanie o połowę.

Według raportu Ontario Hydro dotyczącego poziomów promieniowania niebezpieczna strefa wokół świeżych prętów paliwowych wyglądałaby tak jak na poniższym rysunku.

Gdybyśmy dopłynęli do dna basenu, dotknęli łokciami niedawno umieszczonego tam pojemnika i zaraz wypłynęli na powierzchnię, prawdopodobnie otrzymalibyśmy śmiertelną dawkę promieniowania.

Jeśli jednak znajdowalibyśmy się w basenie poza granicą niebezpiecznej strefy, moglibyśmy w nim pływać tak długo, jak byśmy chcieli – dawka promieniowania z rdzenia reaktora byłaby mniejsza niż normalne promieniowanie tła, na które jesteśmy narażeni podczas spaceru. Podczas takiej kąpieli w basenie z wypalonym paliwem jądrowym otrzymalibyśmy faktycznie mniejszą dawkę promieniowania niż w czasie spaceru po ulicy.

Pamiętajcie: Jestem rysownikiem komiksów. Jeśli posłuchacie moich rad dotyczących bezpiecznego postępowania z materiałami jądrowymi, prawdopodobnie zasłużycie na to, co was spotka.

Oczywiście w tej wersji zakładam, że wszystko byłoby pod kontrolą. Gdyby jednak obudowa prętów wypalonego paliwa była skorodowana, w wodzie mogłyby się znaleźć produkty rozszczepienia. Czystość wody w takich basenach to pewnik, ale ta woda bywa czasem na tyle radioaktywna, że nie można jej sprzedawać w butelkach[5].

Wiemy już, że w basenach z wypalonym paliwem jądrowym można bezpiecznie pływać, ponieważ są one regularnie serwisowane przez nurków. Jednak oni też muszą bardzo uważać! Trzydziestego pierwszego sierpnia 2010 roku nurek kontrolujący basen z wypalonym paliwem przy reaktorze jądrowym Leibstadt w Szwajcarii zauważył na jego dnie kawałek rury. Po konsultacji ze swoim szefem włożył go do skrzynki z narzędziami, ale z powodu szumu bąbelków powietrza nie usłyszał alarmu ostrzegającego przed promieniowaniem. Gdy wyjął skrzynkę z narzędziami z wody, w pomieszczeniu włączył się kolejny alarm. Skrzynkę wrzucono z powrotem do wody, a nurek opuścił basen. Jego dozymetr pokazał wyższe od normalnego napromieniowanie całego ciała i bardzo wysokie napromieniowanie prawej ręki. Znaleziony obiekt okazał się osłoną ochronną czujnika promieniowania z rdzenia reaktora, silnie napromieniowaną strumieniem neutronów. Oderwała się ona przypadkowo podczas zamykania kapsuły reaktora w 2006 roku i przeleżała niezauważona na dnie w rogu basenu. Osłona była tak radioaktywna, że gdyby nurek włożył ją do paska z narzędziami lub torby na ramieniu, mógłby zostać śmiertelnie napromieniowany. Ochroniła go warstwa wody, a dużą dawkę promieniowania otrzymała tylko jego ręka, która na szczęście jest bardziej odporna niż delikatne organy wewnętrzne.

Najistotniejsze w tej historii jest to, że pływanie w basenie z wypalonym paliwem wydaje się bezpieczne, o ile nie nurkujemy do dna i nie podnosimy z niego żadnych podejrzanych przedmiotów.

Dla pewności skontaktowałem się ze znajomym pracującym w reaktorze badawczym i zapytałem, co stałoby się z osobą, która chciałaby popływać w ich basenie z wypalonym paliwem.

„W naszym reaktorze? – Pomyślał chwilę. – Zginęłaby bardzo szybko, zanim jeszcze dotarłaby do wody. Od ran postrzałowych”.

Dziwne (i niepokojące) pytania z What if? Skrzynka odbiorcza nr 1

Czy możliwe byłoby schłodzenie zębów do tak niskiej temperatury, żeby pod wpływem gorącej kawy rozprysły się na kawałki?

Shelby Hebert

Ile domów w Stanach Zjednoczonych spala się doszczętnie każdego roku? Jak najłatwiej byłoby w znaczący sposób zwiększyć tę liczbę (powiedzmy o 15%)?

Anonim

Maszyna czasu w nowojorskim stylu

Załóżmy, że podczas podróży w czasie zawsze trafiamy w to samo miejsce na Ziemi. Przynajmniej tak się działo w serii filmów Powrót do przyszłości. Jak wyglądałby Times Square w Nowym Jorku, gdybyśmy znaleźli się na nim tysiąc lat, 10 tysięcy lat, 100 tysięcy lat, milion lat, miliard lat temu? Albo gdybyśmy przenieśli się w czasie o milion lat w przyszłość?

Mark Dettling

Tysiąc lat temu

Manhattan jest zamieszkany bez przerwy od 3000 lat, a pierwsi ludzie osiedlili się tam prawdopodobnie 9000 lat temu. Gdy w XVII wieku na te tereny przybyli Europejczycy, zamieszkiwali je Delawarowie[6]. To grupa plemion, które żyły na obszarach należących obecnie do stanów Connecticut, Nowy Jork, New Jersey oraz Delaware. Przed tysiącem lat na tych terenach prawdopodobnie mieszkali przodkowie Delawarów, jednak różnili się oni od swoich XVII-wiecznych potomków tak bardzo, jak ci ostatni od ludzi żyjących współcześnie.

Aby przekonać się, jak wyglądał Times Square, zanim jeszcze powstało tam jakiekolwiek miasto, skorzystałem z niezwykłego projektu Welikia, który powstał z mniejszego projektu Mannahatta. W ramach projektu Welikia opracowano szczegółową mapę ekologiczną obszarów Nowego Jorku z czasów, kiedy pojawili się tam Europejczycy. Interaktywna mapa dostępna na welikia.org to fantastyczna wizja zupełnie innego Nowego Jorku. W 1609 roku krajobraz wyspy Manhattan składał się z malowniczych pagórków, bagien, lasów, jezior i rzek.

Tysiąc lat temu Times Square mógł wyglądać podobnie, jak to przedstawia projekt Welikia. Na pierwszy rzut oka prawdopodobnie przypominał lasy pierwotne, spotykane jeszcze w niektórych północno-wschodnich rejonach USA. Można jednak łatwo znaleźć znaczące różnice. Przed tysiącem lat w takim lesie było z pewnością znacznie więcej dzikich zwierząt. Obecnie w poszatkowanych pozostałościach lasów pierwotnych prawie nie występują duże drapieżniki. Można tam spotkać nieliczne niedźwiedzie, kilka wilków oraz kojotów i nie ma praktycznie żadnych lwów górskich. Jednak z drugiej strony, częściowo dzięki wymarciu dużych drapieżników, bardzo zwiększyła się populacja jeleni.

Tysiąc lat temu w lasach Nowego Jorku byłoby pełno kasztanowców. Przed zarazą, która na początku XX wieku nawiedziła lasy we wschodnich rejonach Ameryki Północnej, 25 procent ich drzewostanu stanowiły kasztanowce. Obecnie pozostały po nich tylko pniaki. Na kasztanowce można jeszcze się natknąć w lasach Nowej Anglii. Od czasu do czasu ostatnie ocalałe drzewa wypuszczają pędy, które jednak szybko więdną wskutek zarazy. Pewnego niezbyt odległego dnia te drzewa także obumrą.

W tych lasach powszechnie występowałyby wilki, szczególnie w głębi lądu. Moglibyśmy tam spotkać również lwy górskie[7] oraz gołębie wędrowne[8]. Z pewnością nie spotkalibyśmy za to dżdżownic. Nie było ich w Nowej Anglii, kiedy przybyli tam koloniści z Europy. Aby poznać przyczynę ich braku, zróbmy kolejny krok w przeszłość.

10 tysięcy lat temu

Dziesięć tysięcy lat temu Ziemia wychodziła właśnie z bardzo zimnego okresu swojej historii. Zniknęły wówczas wielkie połacie lodu pokrywające Nową Anglię. Dwadzieścia dwa tysiące lat temu południowa krawędź lodowca znajdowała się w pobliżu Staten Island, ale 18 tysięcy lat temu wycofała się już na północ od miasta Yonkers[9]. Do czasu pojawienia się ludzi 10 tysięcy lat temu większość lodowca znalazła się poza obecną kanadyjską granicą.

Połacie pokrywy lodowej przeorały powierzchnię ziemi aż do skały macierzystej. Przez następne 10 tysięcy lat życie powoli przesuwało się z powrotem na północ. Niektórym gatunkom zajęło to mniej czasu niż innym, ale gdy Europejczycy dobili do Nowej Anglii, dżdżownice jeszcze tam nie dotarły.

Wycofujący się lodowiec gubił wielkie kawałki lodu, które potem topniały i pozostawiały po sobie wypełnione wodą zagłębienia, zwane jeziorami wytopiskowymi. Jezioro Oakland, położone w pobliżu północnego końca Springfield Boulevard w Queens, jest właśnie jednym z takich jezior wytopiskowych. Lodowiec pozostawił po sobie także głazy, które zgromadził podczas swojej wędrówki. Niektóre z tych skał, zwane głazami narzutowymi, można obecnie napotkać w Central Parku.

Pod lodem płynęły pod dużym ciśnieniem rzeki wody z topniejącego lodowca. Osadzały na swojej drodze piach i żwir. Złoża te w formie wałów zwanych ozami przecinają krajobraz w lasach w pobliżu mojego domu w Bostonie. Im także zawdzięczamy rozmaite dziwne formacje terenu, między innymi jedyne na świecie koryta rzeki w kształcie litery U.

100 tysięcy lat temu

Sto tysięcy lat temu świat mógł wyglądać podobnie jak dzisiaj[10]. Żyjemy w czasach szybkich, cyklicznych zlodowaceń, ale przez ostatnie 10 tysięcy lat nasz klimat był stabilny[11] i ciepły. Sto tysięcy lat temu Ziemia zbliżała się do końca podobnego okresu stabilności klimatu. Nazywamy go interglacjałem sangamońskim. Istniejący wówczas ekosystem podobny był do obecnego.

Geografia wybrzeża była jednak zupełnie inna. Staten Island, Long Island, Nantucket i Martha’s Vineyard były wtedy tarasami wypiętrzonymi jakby przez buldożer po niedawnej wędrówce lodowca. Setki tysięcy lat temu obszar przybrzeżny usiany był wyspami. W lasach spotkalibyśmy wiele żyjących dzisiaj gatunków zwierząt: ptaki, wiewiórki, jelenie, wilki, niedźwiedzie czarne, ale natknęlibyśmy się również na kilka wstrząsających niespodzianek. Aby dowiedzieć się o nich czegoś więcej, zajmijmy się tajemniczym widłorogiem.

Współczesny widłoróg (Antilocapra americana) jest zagadkowym zwierzęciem, które bardzo szybko biega – szybciej, niż musi. Może osiągnąć prędkość prawie 90 kilometrów na godzinę i utrzymywać ją na długim dystansie. Nawet najszybsze drapieżniki, wilki i kojoty, osiągają w sprincie prędkość około 55 kilometrów na godzinę. Dlaczego więc widłorogi potrafią tak szybko biegać?

Odpowiedź brzmi: ponieważ środowisko, w jakim ewoluowały, było o wiele bardziej niebezpieczne od dzisiejszego. Setki tysięcy lat temu lasy Ameryki Północnej były domem dla takich gatunków zwierząt, jak wilk straszny (Canis dirus), niedźwiedź krótkopyski (Arctodus) oraz kot szablastozębny (Smilodon fatalis), szybszych i bardziej zabójczych niż dzisiejsze drapieżniki. Wszystkie one zniknęły z powierzchni Ziemi w okresie wymierania na przełomie plejstocenu i holocenu, krótko po tym, jak na kontynencie pojawili się pierwsi ludzie[12].

Jeśli przeniesiemy się jeszcze głębiej w przeszłość, spotkamy tam innego przerażającego drapieżnika.

Milion lat temu

Milion lat temu, przed ostatnim wielkim zlodowaceniem, na Ziemi było bardzo ciepło.

Był to środkowy okres czwartorzędu; współczesne epoki lodowcowe rozpoczęły się kilka milionów lat wcześniej, ale w ruchach lodowców panował zastój, a klimat był stosunkowo stabilny.

Do drapieżników, które spotkaliśmy wcześniej, zwinnych stworzeń polujących na widłorogi, dołączył kolejny przerażający mięsożerca, długonoga hiena przypominająca współczesnego wilka. Niegdyś hienę można było spotkać głównie w Afryce i w Azji, ale kiedy poziom mórz się obniżył, pewien gatunek przedostał się przez Cieśninę Beringa do Ameryki Północnej. Ponieważ dokonał tego tylko jeden gatunek hieny, nazwano go Chasmaporthetes, to znaczy „jedyny, który zobaczył kanion”.

Kolejne pytanie Marka zmusza nas do wykonania ogromnego skoku w przeszłość.

Miliard lat temu

Miliard lat temu płyty kontynentalne tworzyły jeden wielki superkontynent. Nie była to dobrze nam znana Pangea, ale jej poprzedniczka Rodinia. Dane geologiczne nie są jednoznaczne, ale najprawdopodobniej wyglądała ona tak jak na obrazku poniżej.

W czasach gdy istniała Rodinia, podłoże skalne znajdujące się obecnie pod Manhattanem nie było jeszcze uformowane, ale głęboko położone skały Ameryki Północnej już były stare. Część kontynentu, na której obecnie leży Manhattan, znajdowała się prawdopodobnie w głębi lądu połączonego z obecną Angolą i Afryką Południową.

W tym pradawnym świecie nie było roślin i zwierząt. Oceany tętniły życiem, ale wszystkie organizmy były jednokomórkowe. Powierzchnię wody pokrywały dywany niebieskozielonych alg. Te skromne stworzenia to najpotworniejsi zabójcy w całej historii życia na Ziemi. Takie algi, czyli sinice, były pierwszymi organizmami fotosyntetyzującymi. Wdychały one dwutlenek węgla, a wydychały tlen. Tlen jest gazem lotnym, powodującym rdzewienie żelaza (oksydację) i palenie się drewna (gwałtowną oksydację). Pierwsze sinice wydychały tlen, który był trujący dla prawie wszystkich innych form życia. Spowodowane jego obecnością wymieranie organizmów nazywane jest dziś katastrofą tlenową.

Po tym, jak sinice wpompowały do atmosfery i wody ogromne ilości toksycznego tlenu, inne stworzenia wyewoluowały w taki sposób, aby wykorzystać jego właściwości do zapoczątkowania nowych procesów biologicznych. Ludzie są potomkami tych pierwszych organizmów oddychających tlenem.

Wciąż nie jesteśmy pewni, jak dokładnie to wszystko wyglądało. Bardzo trudno jest odtworzyć świat sprzed miliarda lat. Pytanie Marka zabiera nas tymczasem w jeszcze bardziej niepewne obszary: do przyszłości.

Za milion lat

Prędzej czy później ludzkość wymrze. Nikt nie wie, kiedy to nastąpi[13], ale nic nie trwa wiecznie. Niewykluczone, że dotrzemy do gwiazd i przetrwamy miliardy albo biliony lat. A może nasza cywilizacja upadnie, ulegniemy chorobom i głodowi, a ostatni z nas zostaną zjedzeni przez koty? Może kilka godzin po przeczytaniu tego zdania wszyscy zostaniemy zabici przez nanoboty? Nikt nie zna odpowiedzi.

Milion lat to dużo czasu, kilka razy więcej, niż istnieje Homo sapiens, i setki razy dłużej niż język pisany. Rozsądne wydaje się zatem założenie, że niezależnie od tego, jak potoczy się historia ludzkości, Ziemia znajdzie się na zupełnie innym etapie rozwoju.

Bez nas skorupa ziemska będzie stopniowo ścierana przez wiatry, deszcze oraz burze piaskowe, które zniszczą i pogrzebią wytwory naszej cywilizacji. Zmiany klimatu spowodowane przez człowieka prawdopodobnie tylko opóźnią rozpoczęcie kolejnego zlodowacenia; cykl epok lodowcowych nie został jeszcze zakończony. W końcu lodowce znów zaczną się przemieszczać. Za milion lat nie zostanie po nas zbyt wiele.

Prawdopodobnie najdłużej będzie się rozkładać warstwa plastików pokrywająca naszą planetę. Wydobywanie ropy naftowej i rozsiewanie po całej Ziemi wytrzymałych i trwałych polimerów otrzymanych w wyniku jej przeróbki to nasz niechlubny „odcisk palca”, który przetrwa inne dokonania ludzkości. Nasze plastiki zostaną zmielone i pogrzebane, a być może nawet jakieś mikroby nauczą się je trawić. Najprawdopodobniej jednak właśnie te wszechobecne warstwy przetworzonych węglowodorów – fragmentów butelek po szamponie i torebek na zakupy – będą za miliony lat chemicznym pomnikiem naszej cywilizacji.

Bardzo odległa przyszłość

Słońce stopniowo świeci coraz jaśniej. Przez trzy miliardy lat skomplikowany system sprzężeń zwrotnych utrzymywał temperaturę na Ziemi na prawie jednakowym poziomie, mimo że temperatura Słońca stawała się coraz wyższa.

Za miliardy lat tych sprzężeń już nie będzie. Oceany, które dotąd dawały pożywienie i ochłodę różnym formom życia, staną się ich największymi wrogami. Wygotują się w gorących promieniach słonecznych, a naszą planetę otoczy gruba warstwa pary wodnej, powodująca stale zwiększający się efekt cieplarniany. Za miliardy lat Ziemia stanie się drugą Wenus. W wyniku nagrzewania się naszej planety cała woda prawdopodobnie wyparuje, a atmosferę ziemską zastąpi para unosząca się z wrzącej skorupy ziemskiej. Ostatecznie po kilku kolejnych miliardach lat zostaniemy pochłonięci przez powiększające się Słońce.

Ziemia ulegnie spopieleniu, a wiele cząsteczek, z których składał się Times Square, zostanie wyrzuconych w Kosmos przez gasnące Słońce. W postaci chmur pyłu będą wędrować po Wszechświecie i być może powstaną z nich nowe gwiazdy i planety. Jeżeli ludzkość opuści Układ Słoneczny i przetrwa śmierć Słońca, nasi potomkowie zamieszkają być może na jednej z tych planet. Atomy z Times Square po przejściu przez jądro Słońca uformują ciała naszych potomków.

Pewnego dnia albo wszyscy umrzemy, albo wszyscy będziemy nowojorczykami.

Bratnie dusze

A gdyby tak każdy z nas miał na świecie tylko jedną, przypadkowo dobraną bratnią duszę?

Benjamin Staffin

Cóż to byłby ZA KOSZMAR!

Istnieje wiele problemów związanych z koncepcją pojedynczej, losowo dobranej bratniej duszy. Śpiewał o tym Tim Minchin w piosence If I Didn’t Have You (Gdybym Ciebie nie miał):

Twoja miłość jest jedna na milion;

Nie można jej kupić za żadną cenę…

Ale spośród 9999 setek tysięcy innych miłości –

Statystycznie rzecz biorąc – niektóre mogłyby być równie wspaniałe.

A gdybyśmy mieli tylko jedną, przypadkowo dobraną, doskonałą bratnią duszę i nie moglibyśmy być szczęśliwi z nikim innym? Czybyśmy się odnaleźli?

Załóżmy, że bratnia dusza wybierana jest w momencie urodzenia. Nie wiemy, kim jest i gdzie mieszka nasza druga połówka, ale – jak w romantycznym filmie – rozpoznamy ją w chwili, gdy nasze oczy się spotkają.

I tu od razu rodzi się kilka pytań. Czy ta bratnia dusza jeszcze żyje? Setki miliardów ludzi żyły na Ziemi do tej pory, ale obecnie żyje ich tylko 7 miliardów (co daje rasie ludzkiej wskaźnik śmiertelności na poziomie 93%). Gdybyśmy byli dobierani przypadkowo, 90 procent naszych bratnich dusz dawno by już nie żyło.

Brzmi to koszmarnie, ale może być jeszcze gorzej. Nie możemy się przecież ograniczać tylko do ludzi żyjących do tej pory; musimy brać pod uwagę także nieznaną liczbę osób, które dopiero się urodzą. Przecież jeśli ktoś może być naszą bratnią duszą w odległej przeszłości, to w odległej przyszłości też muszą istnieć bratnie dusze. Jakkolwiek by było, istnieje tam bratnia dusza naszej bratniej duszy.

Załóżmy więc, że nasza bratnia dusza żyje w tym samym czasie co my. Co więcej, aby uniknąć dziwnych sytuacji, różnica wieku między nami nie może być większa niż kilka lat (to większe ograniczenie niż standardowa reguła wieku partnerów[14], ale jeśli założymy, że trzydziestolatkowie i czterdziestolatkowie mogą być dla siebie bratnimi duszami, okaże się, że reguła wieku zostanie złamana, jeśli spotkają się piętnaście lat wcześniej). Gdybyśmy zastosowali to ograniczenie wieku, większość z nas miałaby około pół miliarda potencjalnych bratnich dusz.

A co z płcią i orientacją seksualną? Różnicami kulturowymi i językowymi? Aby jeszcze bardziej ograniczyć pole wyboru, moglibyśmy wziąć pod uwagę także dane demograficzne, ale wtedy odeszlibyśmy od idei losowo dobranej bratniej duszy. Nasz scenariusz zakłada, że nie wiemy nic o naszej bratniej duszy, dopóki nie spojrzymy jej w oczy. Każdy musiałby zatem mieć tylko jedną orientację: ku swojej bratniej duszy.

Mimo to szanse spotkania bratniej duszy byłyby niewiarygodnie małe. Liczba obcych osób, z którymi nawiązujemy codziennie kontakt wzrokowy, może się wahać od bliskiej zera (introwertycy lub ludzie mieszkający w małych miasteczkach) do wielu tysięcy (policjant na Times Square). Załóżmy, że codziennie patrzymy w oczy kilkudziesięciu obcym osobom (dla mnie jako introwertyka to i tak o wiele za dużo). Gdyby tylko 10 procent z nich było w zbliżonym do nas wieku, w ciągu naszego życia dałoby to liczbę 50 tysięcy osób.

Jeżeli założymy, że mamy 500 milionów potencjalnych bratnich dusz, szansa odnalezienia kiedykolwiek naszej prawdziwej miłości wynosiłaby 1 do 10 tysięcy.

W obliczu tak wysokiego ryzyka śmierci w samotności społeczeństwo powinno zorganizować możliwość nawiązywania jak najczęstszego kontaktu wzrokowego. Powinniśmy ustawiać obok siebie ogromne przenośniki taśmowe, na których przesuwałyby się rzędy spoglądających na siebie ludzi…

…lecz jeśli kontakt wzrokowy lepiej nawiązuje się za pomocą kamer internetowych, moglibyśmy po prostu zastosować zmodyfikowaną wersję strony internetowego ChatRoulette.

Gdyby każdy korzystał z tego systemu przez osiem godzin dziennie, siedem dni w tygodniu, i gdybyśmy w kilka sekund mogli stwierdzić, że oto mamy przed sobą naszą bratnią duszę, teoretycznie wszyscy ludzie odnaleźliby swoje połówki w ciągu kilkudziesięciu lat. (Zrobiłem symulacje kilku prostych systemów, aby oszacować, jak szybko ludzie dobieraliby się w pary i wypadali z puli dostępnych singli. Gdybyście chcieli wykonać obliczenia dla konkretnego modelu, zacznijcie od przyjrzenia się problemom zliczania nieporządku).

W istocie wielu ludzi ma zbyt mało czasu na jakikolwiek romans – tylko nieliczni mogą poświęcić na to 20 lat. Chyba tylko dzieci z bogatych rodzin mogłyby pozwolić sobie na to, aby usiąść do SoulMateRoulette. Pechowo dla tego przysłowiowego jednego procenta większość przeznaczonych im bratnich dusz znalazłaby się wśród pozostałych 99 procent. Gdyby z tego serwisu korzystał tylko jeden procent bogatych, wówczas jeden procent osób z tego procenta znalazłby swoją połówkę – 1 na 10 tysięcy.

Pozostałe 99 procent z tego procenta[15] miałoby motywację, żeby namówić więcej osób na korzystanie z systemu. Mogliby oni finansować przedsięwzięcia charytatywne mające na celu zapewnienie wszystkim ludziom dostępu do komputera – i połączyć w ten sposób projekt Laptop dla Każdego Dziecka (One Laptop per Child) z internetową stroną OKCupid. Stanowiska takie jak kasjer czy policjant na Times Square stałyby się bardzo cenione ze względu na duże możliwości nawiązywania kontaktu wzrokowego. Ludzie przybywaliby do miast i zbierali się w miejscach publicznych, aby znaleźć swoją połówkę – podobnie jak czynią to obecnie.

Jednak nawet wtedy, gdyby garstka ludzi spędziła lata przy internetowej SoulMateRoulette, inna grupa dostałaby pracę umożliwiającą stały kontakt wzrokowy z nieznajomymi, a reszta zdałaby się na łut szczęścia, tylko nieliczni kiedykolwiek znaleźliby prawdziwą miłość. Pozostali mieliby po prostu pecha. Pod wpływem stresu i presji społecznej wiele osób zaczęłoby udawać. Pragnienie dołączenia do klubu szczęśliwców sprawiałoby, że dogadywaliby się z inną samotną osobą i organizowali udawane spotkania z bratnią duszą. Pobieraliby się, ukrywali swoje problemy w związku i starali się zachowywać pozory wobec przyjaciół i rodziny.

Świat przypadkowych bratnich dusz byłby pełen samotnych ludzi. Miejmy nadzieję, że nie jest to świat, w którym żyjemy.

Wskaźnik laserowy

Czy gdyby wszyscy mieszkańcy Ziemi skierowali jednocześnie wskaźniki laserowe na Księżyc, zmieniłby on kolor?

Peter Lipowicz

GDYBYŚMY UŻYLI zwykłych wskaźników laserowych, to NIE.

Przede wszystkim nie wszyscy widzimy Księżyc w tym samym czasie. Co prawda moglibyśmy wszyscy zebrać się w jednym miejscu, ale weźmy po prostu moment, w którym satelita Ziemi jest widziany przez największą możliwą liczbę osób. Ponieważ 75 procent ludności świata mieszka pomiędzy południkami: zerowym i 120° długości geograficznej wschodniej, powinniśmy wybrać czas, kiedy Księżyc znajduje się gdzieś nad Morzem Arabskim.

Wybierzmy teraz fazę Księżyca, w jakiej przeprowadzimy eksperyment. Nasz satelita w nowiu ma tak ciemną powierzchnię, że jest niewidoczny z Ziemi, łatwiej byłoby więc dostrzec światło naszych laserów. Jednak Księżyc w nowiu to trudniejszy cel; ponieważ widzimy go przeważnie w ciągu dnia, zniweczyłoby to efekt naszej próby. Wybierzmy zatem satelitę Ziemi w fazie półksiężyca, aby móc ocenić działanie naszych laserów zarówno na ciemnej, jak i na jasnej jego stronie.

Oto nasz cel.

Typowy wskaźnik laserowy czerwony ma moc pięciu miliwatów. Dobry model wytwarza wiązkę wystarczająco mocną, aby dosięgła Księżyca i po dotarciu do celu pokryła sporą jego powierzchnię. Atmosfera ziemska rozproszyłaby nieznacznie wiązkę laserową i pochłonęła część światła, jednak w większości doleciałoby ono do satelity Ziemi[16].

Załóżmy, że każdy z nas musiałby tylko trafić wiązką w Księżyc, a światło rozłożyłoby się równomiernie na jego powierzchni. Pół godziny po północy (GMT) wszyscy celujemy w satelitę Ziemi, naciskamy przycisk i oto co się dzieje!

No cóż, efekt jest rozczarowujący.

Nic w tym dziwnego. Słońce ogrzewa Księżyc z mocą wynoszącą trochę ponad kilowat na metr kwadratowy. Ponieważ powierzchnia przekroju satelity Ziemi wynosi około 10^13 metrów kwadratowych, pławi się on w świetle słonecznym o mocy 10^16 watów, czyli 10 petawatów. Daje to dwa megawaty na osobę, więc przyćmiewa zupełnie nasze 5-miliwatowe wskaźniki laserowe. Różne elementy naszego systemu można poprawić, ale ta podstawowa zasada nie ulegnie zmianie.

Laser o mocy jednego wata jest bardzo niebezpiecznym urządzeniem. Może nie tylko oślepić, ale także poparzyć skórę i spowodować pożar. W USA takich laserów nie można legalnie kupić w sklepach.

Wolne żarty! Znajdziemy je po 300 dolarów, kiedy wpiszemy w wyszukiwarkę: „ręczny laser o mocy jednego wata”.

Załóżmy, że wydamy 2 biliony dolarów na jednowatowe zielone lasery dla każdego. (Uwaga, politycy: tym sposobem zdobylibyście mój głos). Poza tym, że zielony laser jest mocniejszy, światło o tym kolorze znajduje się bliżej środkowego zakresu widzialnego spektrum i ludzkie oko odbiera je jako jaśniejsze.

Efekt poniżej.

Psiakrew.

Zastosowane przez nas wskaźniki laserowe dają światło o strumieniu około 150 lumenów (to więcej niż w większości latarek) i wiązce o szerokości pięciu minut kątowych. Rozjaśniłyby one powierzchnię Księżyca światłem o natężeniu zaledwie pół luksa w porównaniu ze 130 tysiącami luksów światła słonecznego. (Nawet gdyby wszystkie lasery skierować w to samo miejsce, uzyskalibyśmy światło o natężeniu sześciu luksów na jakichś 10 procentach powierzchni satelity Ziemi).

Dla porównania Księżyc rozświetla powierzchnię Ziemi światłem o natężeniu jednego luksa, co oznacza, że nasze lasery byłyby zbyt słabe, aby zobaczyć efekt ich działania z naszej planety. Co więcej, gdybyśmy nawet znajdowali się na powierzchni Księżyca, światło laserów byłoby tam słabsze niż światło Księżyca widziane z Ziemi.

Dzięki postępom w udoskonalaniu baterii litowych i technologii LED w ciągu ostatnich 10 lat dynamicznie rozwinął się rynek bardzo wydajnych latarek. Oczywiste jest jednak, że latarki nie na wiele nam się przydadzą. Dajmy więc każdemu Nightsun.

Nie dla każdego ucha ta nazwa brzmi znajomo, ale być może widzieliście je w akcji. Są to reflektory montowane na helikopterach policji i straży przybrzeżnej. Dają one światło o strumieniu 50 tysięcy lumenów, co wystarcza, aby na znacznym obszarze Ziemi zamiast nocy zapanował dzień.

Wiązka światła ma kilka stopni szerokości, a zatem aby uzyskać kąt pół stopnia, potrzebny do trafienia w Księżyc, musielibyśmy zastosować soczewki.

Może nie rzuca się to w oczy, ale jest pewien postęp! Wiązka światła ma teraz natężenie 20 luksów, a to dwukrotnie więcej niż naturalne oświetlenie ciemnej połowy Księżyca! Trudno ją jednak dostrzec, a z pewnością nie ma żadnego wpływu na jaśniejszą połowę satelity Ziemi.

Zamieńmy teraz nasze Nightsuny na projektory IMAX – każdy składający się z pary chłodzonych wodą lamp o łącznej mocy 30 tysięcy watów.

Efektów nadal nie widać.

Jednak nic straconego. Na dachu hotelu Luxor w Las Vegas znajduje się najpotężniejszy reflektor na Ziemi. Dajmy każdemu po jednym. I dołóżmy jeszcze po zestawie soczewek, aby skupić całą wiązkę światła na Księżycu.

Nasze światło jest wyraźnie widoczne, zadanie zostało więc wykonane! Dobra robota.

No cóż…

Departament Obrony opracował lasery o mocy wielu megawatów, przeznaczone do niszczenia rakiet w locie. YAL-I był chemicznym laserem tlenowo-jodowym tego typu, zamontowanym na pokładzie boeinga 747. Działał w podczerwieni, jego światło nie było więc widoczne dla ludzkiego oka, ale można sobie wyobrazić równie potężny laser pracujący w świetle widzialnym.

Wreszcie udało nam się dorównać jasności światła słonecznego!

Dostarczyliśmy pięciu petawatów mocy, czyli dwukrotność średniego światowego poboru mocy.

Okej, umieśćmy zatem megawatowy laser na każdym metrze kwadratowym powierzchni Azji. Aby zapewnić zasilanie dla takiego zestawu 50 bilionów laserów przez mniej więcej dwie minuty, zużylibyśmy całe światowe zasoby ropy naftowej. Za to przez te dwie minuty Księżyc wyglądałby tak jak poniżej.

Księżyc świeciłby równie jasno, jak Słońce o poranku, a po dwóch minutach jego regolit rozżarzyłby się od gorąca.

Okej, posuńmy się w naszej fantazji jeszcze o krok dalej.

Najpotężniejszy laser na Ziemi znajduje się w Narodowym Zakładzie Zapłonu (National Ignition Facility), laboratorium zajmującym się fuzją jądrową. Jest to laser ultrafioletowy o mocy wyjściowej 500 terawatów. Wytwarza on jedynie pojedyncze impulsy trwające kilka nanosekund, a cała uwolniona przy tej okazji energia równa jest energii zawartej w ćwiartce filiżanki benzyny.

Wyobraźmy sobie, że uda nam się znaleźć jakiś sposób, żeby nieprzerwanie dostarczać takiemu laserowi energię potrzebną do działania, a każdy z nas otrzyma taki laser i skieruje go w stronę Księżyca. Niestety, przepływ tak ogromnej energii zamieni atmosferę Ziemi w plazmę, która natychmiast zapali się na powierzchni naszej planety i zabije nas wszystkich. Załóżmy jednak, że światło lasera w jakiś sposób przenikałoby przez atmosferę bez wzajemnego oddziaływania.

Okazuje się, że wówczas Ziemia również może stanąć w płomieniach. Światło odbite od Księżyca byłoby 4 tysiące razy silniejsze od światła słonecznego w południe – wystarczająco jasne, aby wszystkie oceany wygotowały się w ciągu roku.

Dajmy spokój Ziemi – co stałoby się z Księżycem? Sam laser wywierałby dostatecznie duże ciśnienie promieniowania, aby przyspieszyć ruch Księżyca mniej więcej o jedną dziesięciomilionową przyspieszenia ziemskiego. Przyspieszenie to byłoby niezauważalne w krótkim okresie, ale po latach satelita Ziemi zostałby za jego sprawą wypchnięty z orbity okołoziemskiej… oczywiście gdyby ciśnienie promieniowania było jedynym czynnikiem, jaki powinniśmy brać pod uwagę.

Czterdzieści megadżuli energii wystarczy, aby odparować kilogram skały. Przy założeniu, że skały księżycowe mają średnią gęstość około trzech kilogramów na decymetr sześcienny, lasery dostarczałyby energię wystarczającą do odparowania czterech metrów skały macierzystej Księżyca na sekundę:

Jednak w rzeczywistości skały Księżyca nie wyparowałyby tak szybko – z bardzo ważnego powodu. Po odparowaniu bryła skalna nie znika tak po prostu. Warstwa powierzchniowa Księżyca stałaby się plazmą, która wciąż blokowałaby drogę wiązce światła.

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

1. To znaczy nie od razu. [wróć]

2. Chociaż bez siły Coriolisa nie sposób określić, w którą stronę mogłyby się obracać te burze. [wróć]

3. Przeczytaj Leap Seconds (Sekundy przestępne) na stronie what-if.xkcd.com/26, aby dowiedzieć się, dlaczego tak się dzieje. [wróć]

4. Po pierwszej publikacji tego artykułu skontaktował się ze mną Hans Rinderknecht, fizyk z MIT, i poinformował mnie, że przeprowadził symulację tego przypadku na komputerach w swoim laboratorium. Okazało się, że w początkowej fazie lotu piłki większość cząsteczek powietrza poruszałaby się zbyt szybko, aby doszło do fuzji jądrowej. Przeszłyby one przez piłkę, podgrzewając ją wolniej i bardziej równomiernie, niż to przedstawiłem w pierwotnym artykule. [wróć]

5. To akurat fatalna wiadomość – mógłby być z niej świetny napój energetyczny. [wróć]

6. Znani także jako lud Lenape. [wróć]

7. Znane także jako kuguary. [wróć]

8. Moglibyśmy jednak nie zobaczyć miliardów gołębi napotkanych przez europejskich osadników. Charles C. Mann w swojej książce 1491 dowodzi, że ich liczba mogła być przejawem chaosu w ekosystemie zaburzonym przez pojawienie się ospy, wierzchliny łąkowej oraz pszczół. [wróć]

9. To znaczy miejsca, w którym obecnie leży Yonkers. Pewnie nie nazywało się ono Yonkers, ponieważ nazwa ta pochodzi od holenderskiej osady założonej w końcu XVII wieku. Niektórzy utrzymują jednak, że miejsce zwane Yonkers istniało zawsze, jeszcze przed pierwszymi ludźmi i samą Ziemią. Przypuszczam, że tylko ja tak uważam, ale jestem bardzo gadatliwy. [wróć]

10. Chociaż byłoby w nim mniej billboardów. [wróć]

11. No cóż, był. Kładziemy temu kres. [wróć]

12. Gdyby ktoś pytał, to zwykły zbieg okoliczności. [wróć]

13. Jeśli ktoś wie, proszę o e-mail! [wróć]

14. Patrz: Xkcd, Pule randkowe, http://xkcd.com/314. [wróć]

15. „Jesteśmy 0,99 procent”. [wróć]

16. Dyskusyjną sprawą jest, czy taka wiązka światła laserowego z Ziemi w ogóle dotarłaby do Księżyca (przyp. red.). [wróć]