ЧИ МОЖНА ОБДУРИТИ ЗАКОНИ ФІЗИКИ?

Щороку в українському кінопрокаті з'являються фільми, засновані на історіях Marvel та DC. Комікси – це окремий світ не тільки з точки зору художньої реальності, там часто діють зовсім інші закони фізики. Пропонуємо до Вашої уваги статтю "Обдурити закони фізики", першого українського друкованого науково-популярного журналу "Куншт". Що ж трапилося з Суперменом і Залізною людиною, яких авторка Ліна Криворучко помістила в суворі умови законів Ньютона?

СУПЕРШВИДКІСТЬ

Рухатися з неймовірною швидкістю — звичний спосіб пересування для багатьох супергероїв. Для них не є проблемою рухатися зі швидкістю, близькою до швидкості звуку в повітрі (343,1 м/c), а для когось — і світла (299 792 458 м/с). Надшвидкість дає змогу не лише діставатися з пункту А в пункт Б за лічені секунди, але й мати блискавичну реакцію, тому, наприклад, Супермен може прочитати товстезну книгу лише за якусь мить.

Виклик №1. Ми живемо не у вакуумі, відповідно, повітря, що, нас оточує, складається з частинок — молекул кисню, азоту та інших речовин — і містить шматочки пилу. Не варто забувати про краплі дощу, сніжинки, а також жучків-комашок, які ширяють у повітрі.

Все це значно ускладнює можливість надшвидкого пересування в просторі, адже, рухаючись, тіло треться об частинки, вивільняючи теплову енергію. Аналогічний процес відбувається, коли ми хочемо зігріти замерзлі руки, потираючи їх одна об одну: що швидше ми це робитимемо, то тепліше нам ставатиме. Тож, мандруючи в просторі з надвисокою швидкістю, людина просто спалила б собі обличчя. Тому якщо отримаєте супершвидкість у подарунок, будьте уважними — в комплекті має бути захисна маска.

Виклик №2. Відповідно до законів Ньютона, зокрема першого, що постулює поняття інерції, зупинитися без летальних наслідків, на жаль, не вийде. Інерція — властивість, за якої тіло зберігає незмінним стан свого руху або спокою відносно так званої інерційної системи відліку (коли зовнішній вплив на тіло відсутній або коли на тіло діє зрівноважена система сил). Кожен із нас міг відчувати її вплив, коли автобус різко гальмує. Рух транспортного засобу припиняється, проте тіла пасажирів за інерцією все ще рухаються вперед, а потім — раптово назад.

Рухаючись зі швидкістю звуку, тіло супергероя розганяється від 0 до більше ніж 300 м/с за мить, а через якийсь час воно вже мусить гальмувати. За таких умов, за законами Ньютона, мозок спочатку (під час прискорення) вдаряється об задню стінку черепа, а згодом (при гальмуванні) — об передню. Упс! І мозок перетворився на юшку. Виною є не супершвидкість, а прискорення та різке гальмування, що призводить до пошкодження внутрішніх органів. Тому, враховуючи обидва аргументи, говорити про безпечне пересування на супершвидкості неможливо.

КВАНТОВА ТЕЛЕПОРТАЦІЯ

"Набридли довгі перельоти? Години, проведені в залі очікування, здаються нестерпними муками? Вихід є! Скористайтеся суперпропозицією: квантова телепортація в будь-яку точку світу!" Щось підказує, що такий сервіс з'явиться нескоро. Та й може взагалі не з'явитися.

Проте поки ми гадаємо, Рей Палмер, також відомий як супергерой Атом (The Atom) із всесвіту коміксів DC, користується цією послугою вже з 1961 року. Містер Палмер здатний, зберігаючи функційність власного тіла, зменшувати його до субатомного рівня, зокрема до розміру фотона. Зменшившись, Атом чіпляється за один із фотонів у телефонному кабелі, щоби переміститися разом із телефонним сигналом до абонента на іншій стороні дроту. А чи не надто бурхлива фантазія в авторів?

Вересень 2016 року. В галузі квантової телепортації встановили одразу два нові рекорди. Використовуючи оптоволоконний кабель, команда канадських учених спромоглася телепортувати фотон — елементарну частинку — на відстань у 6,2 кілометра, в той час як у Шанхаї дослідники, проводячи аналогічний експеримент, перемістили фотони на 14,7 кілометра.

Здійснити телепортацію вдалося завдяки застосуванню принципу квантової заплутаності — збереженню зв'язку між частинками навіть після незалежного руху цих частинок. Елементарні частинки — мікрооб'єкти субатомного масштабу, які неможливо розчепити на ще менші частинки. Квантова заплутаність поєднує в собі принципи квантової механіки та принцип суперпозиції — існування станів із невизначеними характеристиками.

Принцип суперпозиції продемонстрував у своєму мисленнєвому експерименті австрійський фізик Ервін Шрьодінґер (Erwin Schrödinger) у 1935 році. Під час експерименту в коробку садять кота, у коробці також розташована ємність з отруйним газом та дуже мала кількість радіоактивної речовини, час розпаду атомів якої — година. Вірогідність розпаду за цей проміжок часу — 50 %.

Якщо він відбудеться, то спрацює механізм, що випустить отруйний газ. Він уб'є нещасного кота. Протягом експерименту невідомо, чи відбувся розпад і чи живий кіт. Дізнатися про це можна лише відкривши ящик. До моменту відкриття кіт перебуває у двох станах: він водночас і живий, і мертвий, тобто його характеристика не визначена.

Квантова заплутаність допускає можливість, вимірявши параметри однієї частинки, дізнатися параметри іншої. Це можна проілюструвати так: ви та ваш уявний брат, що живе за тисячі кілометрів від вас, ділите одну пару черевиків на двох. Якщо ви є власником лівого черевика, то ви знаєте напевне, що брат має правий. Тобто ваші черевики і є заплутаною парою.

Повернемося тепер до телепортації фотона. Вчені з Калгарського університету в Канаді використовували під час експерименту два фотони. Спочатку фотон А надіслали до міської мерії; він залишався заплутаним (тобто з'єднаним) із фотоном Б, який тим часом все ще перебував в університеті. Далі вони надіслали фотон Б до зовсім іншої локації в місті. Діставшись до місця призначення, фотон сам телепортувався до свого спареного фотона А, що знаходився в мерії (тут «телепортація» означає самовільне переміщення фотона Б, тобто він не мав жодного поштовху, що запустив би його рух до фотона А).

Квантова телепортація має на меті реальне застосування — розробку надшвидких інтернет-мереж, за допомогою яких дані зберігатимуться в легких частинках, а не на чіпах. Однак технологія поки що є дуже складною для застосування.

Що ж, тоді ідея телепортації телефонним кабелем не є такою вже й божевільною. От тільки б мати змогу перетворюватися на фотони. А доти довгі подорожі залишатимуться реаліями нашого життя. Принаймні ще певний час.

А БЕЗ СУПЕРСИЛ?

Серед усіх супергероїв можна відзначити окрему групу персонажів, що не мають надздібностей. Ні Бетмен, ні Залізна людина не є безсмертними, не телепортуються, не трансформують своє тіло жодним чином, але вони — високоінтелектуальні, фізично та психологічно сильні люди.

Така собі комбінація генія, атлета й детектива. У своїй діяльності вони використовують різноманітні технічні розробки: суперкостюми, окуляри, що дають можливість бачити в темряві, пояси та щити, що збирають і продукують енергію, рукавиці, котрі стануть у пригоді в найвідповідальніший момент.

Хоча в одній із версій історії Тоні Старк (Залізна людина) і був заражений техновірусом, що вплинув на його нервову систему й дав можливість тілу синхронізуватися з костюмом, та все ж основним джерелом його суперможливостей є саме "залізні обладунки".

Тоні Старк часто подорожує у відкритому космосі, а тому життєво необхідними функціями його костюма мають бути подача кисню, регулювання температури й тиску повітря, захист від ультрафіолетового випромінювання та радіоактивних часток. А хіба не схожі костюми мають астронавти?

У комплекті до "обладунків" Старка йдуть і рукавиці, що дають можливість Залізній людині скеровувати потужні рушійні промені. Аналогічний, проте більш інтенсивний енергетичний потік може випромінюватися з нагрудної частини костюма.

Згідно з вікі-базою даних Marvel Comics, творці коміксу описують ці промені як «пучок мюонів високої щільності... спрямований магнітами, котрий фокусується в електростатичних лінзах».

Мюони є цілком реальними. Це – нестійкі субатомні частинки з негативним зарядом. Перші ідеї розробки зброї із застосуванням пучка субатомних частинок датуються 1950-ми роками. Згодом, під час Холодної війни, ініціатива створення такої зброї була детально розглянута американськими вченими в рамках Стратегічної оборонної ініціативи – програми США зі створення системи протиракетної оборони (за часів президентства Рональда Рейгана). Проте кількість енергії, необхідної для створення такого променя, зробила розробку цієї зброї вкрай непрактичною…

"Лати" Залізної людини є також екзоскелетом, що додає тілу Старка міцності та витривалості. Кілька систем екзоскелетів використовують уже сьогодні. Сфера їхнього застосування — це програми військового призначення та рятувальні роботи.

Супергерої, що не мають суперсил, але використовують прогресивні технології, є прикладами того, як людська фантазія може випереджати час.

У ХІХ столітті такі ідеї з творів Жюля Верна, як підводний човен чи гелікоптер, видавалися вкрай дивовижними, та згодом стали цілком реальними. Перша атомна субмарина, спущена на воду у 1955 році, отримала назву «Наутілус» на честь підводного човна капітана Немо, описаного Жюлем Верном у романі «Двадцять тисяч льє під водою».

Можливо, ті вигадки, які ми сьогодні вважаємо абсолютним божевіллям, одного дня стануть дійсністю. Бо наука не стоїть на місці. Чому б не припустити, що колись ми зможемо телепортуватися з Києва в Токіо за декілька хвилин або подарувати суперкостюм бабусі на Різдво?

Сподобався матеріал? Читайте більше статей у журналі "Куншт", який можна придбати на офіційному сайті видання.