А что, если?.. Научные ответы на абсурдные гипотетические вопросы - Рэндалл Манро

Смертоносные нейтрино

ВОПРОС: Как близко надо находиться к сверхновой звезде, чтобы получить смертельную дозу нейтринного излучения?

ОТВЕТ: Словосочетание «смертельная доза нейтринного излучения» звучит весьма странно. Увидев его в первый раз, я даже пришел в некоторое замешательство.

Если вы не имеете отношения к физике, то эти слова вас, может быть, не удивят, поэтому вот вам контекст, чтобы объяснить, почему эта мысль так удивляет меня.

Нейтрино – это призрачные частицы, которые еле-еле взаимодействуют с окружающим миром. Посмотрите на вашу руку – около миллиарда нейтрино, излученных Солнцем, проходят через нее в эту самую секунду.

Хорошо, можете перестать смотреть на свою руку.

Причина, по которой вы не замечаете поток нейтрино, заключается в том, что эти частицы по большей части игнорируют обычную материю. В среднем только один нейтрино из этого огромного потока раз в несколько лет столкнется с одним из атомов вашего тела[94].

Нейтрино настолько призрачные создания, что вся Земля для них проницаема: практически весь солнечный поток нейтрино проходит через нее, не испытывая никаких затруднений и без всяких последствий. Чтобы отслеживать нейтрино, люди строят гигантские резервуары, в которых содержатся сотни тонн материала, в надежде зафиксировать след единственного нейтрино, летящего от Солнца.

Это значит, что, когда ускоритель частиц (который производит нейтрино) хочет отправить поток этих частиц на детектор, который находится где-то в другом месте, ускорителю нужно просто прицелиться в сторону этого детектора, даже если тот находится на обратной стороне Земли!

Поэтому слова о «смертельной дозе нейтринной радиации» звучат странно – здесь объединены несопоставимые масштабы. Это как английская идиома «сбить с ног перышком»[95] или фраза «футбольный стадион, до верху полный муравьев»[96]. Если у вас есть некоторые познания в математике, то это можно сравнить с формулой ln([(x))]e – не то чтобы в ней совсем не было смысла, просто нельзя себе представить ситуацию, в которой она бы применялась[97].

Ко всему прочему, не так-то просто произвести достаточно частиц нейтрино, чтобы заставить хотя бы одну из них взаимодействовать с материей, – трудно представить себе условия, при которых их будет так много, чтобы они могли причинить вам вред.

Сверхновые как раз предоставляют нам такие условия. Задавший этот вопрос доктор Спектор, физик из колледжа Хобарт-и-Уильям-Смит, поделился со мной простым правилом оценки размера сверхновых: сколь большими они бы ни казались, в реальности они еще больше.

Вот пример для того, чтобы вы могли оценить масштаб явления. Как вы думаете, что будет ярче (с точки зрения количества энергии, доставленной на сетчатку вашего глаза): сверхновая, находящаяся на том же расстоянии от Земли, что и Солнце? Или вспышка взрыва водородной бомбы, прижатой прямо к вашему глазу?

Вы не могли бы взорвать ее поскорее? Она тяжелая.

Судя по правилу доктора Спектора, сверхновая должна быть ярче. И она действительно ярче… в миллиард раз.

Вот почему этот вопрос очень интересен – сверхновые невообразимо огромны, а нейтрино невообразимо бестелесны. В какой момент эти две невообразимости уравниваются настолько, чтобы воздействовать на человека?

Статья эксперта по радиации Эндрю Карама дает нам ответ. Она показывает, что во время взрыва некоторых сверхновых при коллапсе ядра может высвободиться 1057 нейтрино (по одному на каждый протон звезды, который при коллапсе обратился в нейтрон).

По расчетам Карама, доза нейтринной радиации на расстоянии в 1 парсек[98] будет составлять половину нанозиверта (нЗв), или 1/500 от дозы, которую вы получаете, съев один банан[99].

Смертельная доза радиации составляет примерно 4 зиверта (Зв). Используя закон обратных квадратов, мы можем рассчитать дозу радиации:

х = 0,00001118 парсек = 2,3 астрономической единицы (а.е.).

Это чуть больше, чем расстояние от Солнца до Марса.

Коллапс ядра происходит у гигантских звезд, так что если бы вы наблюдали за сверхновой с такого расстояния, вы, скорее всего, находились бы где-то во внешних слоях звезды, из которой она возникла.

Коллапс GRB 080319B был самым драматичным когда-либо наблюдавшимся событием – особенно для тех, кто парил рядом с ней на доске для серфинга.

Угроза нейтринного облучения позволяет осознать истинный размер сверхновых. Если бы вы наблюдали сверхновую на расстоянии одной астрономической единицы – и каким-то образом не сгорели бы, не испарились и не превратились в какую-то экзотическую разновидность плазмы, – даже поток призрачных нейтрино был бы достаточно плотным, чтобы вас убить.

Если перышко летит достаточно быстро, оно действительно может сбить вас с ног.

Странные (и тревожные) вопросы из папки «Входящие» сайта «А что, если?»

ВОПРОС: Некий токсин блокирует канальцевую реадсорбцию в почках, но не влияет на фильтрацию. Каковы возможные кратковременные эффекты этого токсина?

ВОПРОС: А что, если бы венерина мухоловка съела человека? За сколько времени он был бы полностью обезвожен и поглощен?

Лежачий полицейский

ВОПРОС: На какой скорости можно столкнуться с «лежачим полицейским» и выжить?

ОТВЕТ: Как ни странно, она может быть довольно высокой.

Но сначала – предупреждение: когда вы прочтете ответ, не пытайтесь переезжать искусственные неровности на высоких скоростях.

Вот несколько причин:

• вы можете сбить кого-нибудь насмерть;

• это может повредить шины, подвеску и машину в целом;

• вы читали остальные ответы в книге?

Если этого недостаточно, вот вам цитаты из медицинских журналов о повреждениях позвоночника в аналогичных ситуациях.

Рентген и компьютерная томография грудопоясничного отдела выявили компрессионные переломы у четырех пациентов… Был использован дорсальный инструментарий… Все пациенты успешно восстановились, кроме одного с переломом шеи.

Сильнее всего был раздроблен позвонок L1 (23/52, 44,2 %).

В соответствии с ранее полученными данными, ягодицы с характеристиками, приближенными к реальным, снижают собственную частоту колебаний позвоночника с ~12 до 5,5 Гц.

Последняя фраза не связана напрямую с искусственными неровностями, но я все равно решил включить эту цитату.

Искусственные неровности делают для того, чтобы заставить водителя притормозить. Если переехать через стандартную искусственную неровность на скорости 8 км/ч, вы просто легонько подпрыгнете, но на скорости 35 км/ч испытаете уже ощутимый толчок. Исходя из этого, можно предположить, что при переезде на скорости 140 км/ч последует пропорционально более сильный толчок, но, скорее всего, это не так.

Как показывают цитаты из медицинских журналов, иногда люди действительно получают повреждения, столкнувшись с неровностью на дороге.

Однако почти все эти несчастья происходят с очень специфической категорией пассажиров – с теми, кто сидит на жестком заднем сиденье в хвосте автобуса, идущего по плохой дороге.

Когда вы едете на машине, две вещи защищают вас от неровностей на дороге – шины и подвеска. Неважно, с какой скоростью вы наедете на «лежачего полицейского»: если он не настолько высокий, чтобы зацепить раму автомобиля, значительная часть толчка будет погашена за счет двух этих систем и вы не получите повреждений.

Однако это совершенно не обязательно пойдет на пользу этим системам. Шины могут погасить удар, но при этом лопнуть. Если неровность достаточно высока, чтобы ударить по ободу колеса, она может навсегда испортить много важных деталей машины.

Типичный «лежачий полицейский» возвышается над дорогой на 7–10 см. Это примерно равно толщине средней шины (то есть расстоянию от обода до асфальта)[100]. Значит, что, если колесо врежется в стандартную искусственную неровность, обод колеса ее не коснется – шина просто будет сжата.