Сквозь порталы и камеры: Portal с научной точки зрения

Порталы это квантовое туннелирование? Кровать может перенести вас в будущее? Из чёрных дыр можно сделать батарейку? Что черт возьми?! Если вы также ничего не поняли — не беда! Как и с лонгами по Outer Wilds, в этом МегаЛонге вы получите все ответы на свои вопросы.

Экстренное сообщение! В данном тексте, используется обильное количество научной информации. Во избежание серьезных травм мозга, рекомендуется прекратить чтение, если ваши умственные способности ниже среднестатического уровня или если ваше имя начинается с буквы У и заканчивается с итли. С уважением RedWolf corporation.

Каждая часть Portal начинается с того, как Челл встаёт их криокамеры. По сути, это кровать, которая даёт возможность спать вечно, не старея. Хотя во второй части действительно может показаться, что она просыпается в обычной кровати.

Но это не так. В официальном комиксе «Лабораторная крыса» говорится, что Челл помещается в криокамеру. В противном случае ей бы не удалось прожить сотню лет, во второй части.

Криокамеры основаны на способности организмов к...

О том что это такое, уже было детально расписано в лонге по Outer Wilds. Кратко говоря:

Очевидно что раз на это способны животные, то и для людей подобное возможно. Однако всё намного сложнее.

Начнём с того, что даже животные не способны заморозить всю воду в организме. Лесные лягушки замораживают только до 70% воды в организме. Это означает, что если температура тела опустится ниже -8°C, с большой вероятностью она погибнет, поскольку с уменьшением температуры замерзает все больший процент воды.

Прослеживается закономерность: чем меньше организм, тем лучше он выдерживает низкие температуры. Закономерность можно продолжить. Если взять животное чуть большего размера, различных грызунов (белки, сурки), то они уже не выживут при очень низких температурах, но смогут проспать в спячке очень длительное время. Если взять медведя, то его температура тела во время спячке снизиться всего на несколько градусов. Время проведенное в спячке, будет еще меньше, а количество энергии, затрачиваемой во время спячки, в разы больше. Выходит, минимальная температура, при которой организм выживает, напрямую зависит от размера. Для людей же...

Фактически, тела любых замороженных с помощью крионики людей абсолютно мертвы. Но...

По идее мы можем упростить задачу и заморозить лишь часть воды, также как у лесных лягушек. Однако всё портит вступление второй части. Когда Челл просыпается в разрушенном комплексе, диктор информирует её:

Челл находилась в криосне «9. 9. 9. 9. 9. 9. 9». Учитывая, что в прошлый раз диктор сказал «Вы находились в консервации... пятьдесят дней», очевидно, речь о количестве дней. Выходит она проспала как минимум 27 тыс. лет, но учитывая, что в числе одни девятки, скорее всего, число ещё больше (все цифры девятки так, как это максимально возможное число в счетчике кода). Поэтому важна полноценная приостановка старения, которая достигается при охлаждении до -130℃.

Итоги: криокамеры возможны. Наверное. Я хз.

Раз вы оказались здесь, то, вероятно, знаете, что такое порталы. Стоп, что? Не знаете? Ну раз так, вот краткое объяснение: портал тут, портал там, бам! И вы в другом месте.

Удобная штука, но возможны ли порталы в реальной жизни? Вообще, что вам приходит на ум первое, когда вы думаете о порталах? Конечно же...

Истинные мои почитатели знают, что они из себя представляют, ведь о них уже заходила речь в лонге по Outer Wilds. Для непросвещённых краткая сводка:

Для использования кротовых нор в порталах нам потребуется отрицательная материя. Мы не знаем существует ли она, каких либо доказательств этому нет. Известно, что математически она возможна. Можно предположить, что она как-то связана с Большим Взрывом. По инфляционной модели, когда вселенная стремительно расширялась, гравитация не притягивала, а отталкивала объекты. Или с темной материи, но это всего лишь теории.

Но предположим, что во вселенной портал она есть. Так как в одном из рекламных роликов Aperture можно заметить интересную деталь — чёрная дыра в устройстве пушки.

Этот факт подтверждает, что у них есть отрицательная материя, ведь существование чёрной дыры внутри пушки невозможно без неё. Если, конечно, мы не хотим, чтобы Земля взорвалась из-за чёрной дыры.

Для создания червоточины-портала нам потребуется много обычной материи, хотя нет, не так, ОЧЕНЬ много материи. Для того чтобы искривить пространство на расстоянии футбольного поля и создать червоточину с размером в дверь, потребуется:

Примерно такую же массу имеет Луна. И столько же понадобится отрицательной материи, чтобы червоточина не захлопнулась. Уже на этом этапе, всё кажется невыполнимым. Однако у Aperture и вправду было столько материи. Ведь внутри портальной пушки находится чёрная дыра. Фактически, это огромный запас материи. К тому же это значит, что у них точно была отрицательная материя. Предположим, что размер чёрной дыры равен 10 см, тогда её масса составит 6,62×10²⁵, чего спокойно хватит хоть на десяток порталов.

Тут наверное у некоторых возникнет вопрос: КАК?! Как они добыли столько материи? Как они создали чёрную дыру? Как они засунули её внутрь портальной пушки? В игре нет ответов на эти вопросы. Однако, у меня есть идея как они могли этого добиться.

Предупреждение — это лишь моя теория. Оно не имеет ничего общего с реальной наукой.

Этот план может быть даже немного "реалистичен", но все же выкачать отрицательную материю в массу с целую планету вряд ли возможно. Даже если мы сможем, абсолютно неясно, как её сжать до маленькой капсулы, и тем более перенести в другую точку солнечной системы, ведь это то же самое, что попытаться перенести сам Уран.

Проблемы на этом не кончаются. У червоточин-порталов есть ещё несколько существенных минусов. И главная из них...

Нам мало что известно о кротовых норах, поскольку мы их ни разу не видели, и поэтому неясно, какие проблемы они скрывают. Предположительно, кротовые норы могут приводить к временному парадоксу и нарушению причинно-следственной связи. Но даже не учитывая эту проблему, кротовые норы непроходимы в масштабах порталов, так как слишком малы. Чтобы гравитация не разорвала человека на кусочки (ну или робота), они должны быть в разы больше порталов из игры.

И мало того есть шанс, что абсолютно все кротовые норы непроходимы. Важный компонент проходимых червоточин — баланс обычной и экзотической материи, он должен равняться нулю. Но при входе в червоточину произойдет увеличение массы обычной материи, что приведет коллапсу.

Использование кротовых нор в устройстве порталов — весьма сомнительная идея. Технически её создание невозможно и зависит от несуществующих на данный момент материалов, так и в конечном итоге она оказывается абсолютно непроходимой. Вхождение в такой портал приведет либо к гибели, либо к коллапсу, который уничтожит жизнь на Земле. Однако, никто не отменял другие методы. Что если обратиться более привычным методам.

Телепортация — мгновенный перенос объекта, при котором тело не существует в промежуточных точках. Многие, наверное, смотрели Star Trek и помнят эти моменты.

Я вот не смотрел, хз стоит ли, фильм старый, наверное такой себе. О чем это я... Так вот, телепортация, другой популярный метод — разборка объекта в одном месте и воссоздание в другом. Есть два вида:

Сперва нужно уяснить, хоть глава и называется «телепортация», настоящей телепортации объектов не существует. В кротовых норах объект существует в промежуточных точках. В случае сканирования, он переносится не моментально, ведь нам нужно само время на сканирование, а после отсканированную информацию передать в другое место, квантовая телепортация может помочь нам в этом деле, но главная проблема телепортации принцип неопределенности Гейзенберга. Мы не можем знать всю информации о носители. Однако в нашем случае, это не имеет особого значения. У Челл нет личности, нам не так важно делать абсолютную копию человека. Кстати о копии... в первом методе мы сталкиваемся с парадоксом телепортации. Мы не переносим объекты, а просто уничтожаем оригинал и создаем клон в другом месте.

То же самое касается второго метода. Хоть все атомы и клетки принадлежали оригинальному телу, личность перенесённого человека, скорее всего, окажется копией. Это лишь теория, но, вероятно, чтобы личность человека оставалась оригинальной, требуется непрерывность сознания, плавная и длительная замена атомов.

Так или иначе, очевидно, что компания, создавшая армию человеко-богомолов, деликатно выражаясь, посрать. «Какой метод теоретически можно использовать?» Разницы нет, в обоих случаях придется переносить частицы из одного места в другое. Что точно не выйдет, так это перенос по воздуху, поскольку, если передвигать частицы с большой скоростью, они столкнуться с атомами воздуха и подвергнуться значительному трению, отчего неизбежно пострадают. Метод возможен в среде с вакуумом, но это не наш случай.

Перемещать атомы можно по трубам, разместив на поверхностях, где устанавливаются порталы. Однако тогда придется создать вакуум внутри них, к тому же не ясно, как перемещать частицы по трубкам без атомов. Думаю, говорить о том, насколько этот метод реалистичный, не стоит. Даже если это возможно, бюджетов Aperture точно бы не хватило. Лучший метод, на мой взгляд, использование наноботов, официально существующих во вселенной Portal.

В этом случае порталы служат в роли меток, откуда наноботы разбирают и собирают героиню. «Но имеют ли эти теория хоть что-то общее с игрой?».

Нет.

Во-первых, порталы ставятся только на некоторые поверхности. Точно неясно, какими свойствами они должны обладать, но лучшим материалом считаются лунные камни.

При использовании наноботов порталы ставятся в любых местах, а при использовании трубок не имеет смысла лунная пыль.

Во-вторых, персонаж способен выходить из портала частично. Если наноботы создадут человека частично, то последствия явно будут не очень хорошие.

В-третьих, порталы из игры имеют свойство сохранения инерции. Телепортация персонажа просто переместила бы его в другое место. В ином случае наноботам придется искусственно создавать инерцию в нужном направлении.

Подобный метод телепортации более вероятен в реальности, но сильно отличается от того, что показано в игре. К тому же, нам уже известно как устроена портальная пушка. Посмотрите на этот отрезок, заметили одну деталь?

Нет? А если так.

Непонятно?! Да боже мой, как можно быть таким дебилом. Короче, следующая глава.

Гласит надпись на чертеже портальной пушки. Несложно догадаться, что портальная пушка основана на квантовом туннелировании. Тем временем, чёрная дыра это не снаряд, вылетающий из портального устройства, а источник энергии (об этом в следующей главе). Сперва важно уяснить, что:

Это кардинально разные явления. В квантовой телепортации передаются не физические объекты, а состояние квантового объекта. Квантовые элементы, такие как фотоны, могут существовать в нескольких состояниях одновременно, например, иметь спин вверх и вниз.

Попытка измерить состояние атома приведет к коллапсу волновой функции, и он примет одно состояние. Если взять квантово-запутанные частицы, выявление состояния одной частицы, мгновенно определит состояние второй. Например, если оба атома имеют два состояния спина – вверх и вниз, узнав, что спин первой частицы направлен вниз, мгновенно сколлапсирует вторая частица, и мы узнаем, что её спин направлен вверх.

Каким-то магическим образом одна частица узнает о состоянии другой абсолютно мгновенно, превышая скорость света, именно поэтому это явление называют телепортацией. Как бы это ни было интересно, связь с реальной телепортацией здесь практически отсутствует, поскольку передается всего лишь информация, и то в очень локальном и ограниченном случае.

Явление, при котором квантовые объекты способны проходить сквозь барьеры, которые, согласно классической механике, они не должны преодолеть. Вот попробуйте пройти рукой сквозь стену. Если вы не Арнольд Шварценеггер, ничего не выйдет, поскольку у вас просто недостаточно энергии для этого. В квантовом мире вы сможете пробить рукой картонную стену, а Арнольд бетонную. Частицы способны преодолевать энергетические барьеры, превышающие их энергетическую силу.

«Но как это возможно?». Дело в том, что квантовая физика носит вероятностный характер. Если попытаться записать на видео движение частицы, то это не будет выглядеть как передвижение обычных вещей в жизни. Частицы постоянно находятся в разных местах, телепортируясь из точки в точку. Они не передвигаются в смысле плавного перемещения по траектории, а постоянно меняют своё местоположение. Кажется, что их движение хаотично, но это не так. Смоделировав волновую функцию частицы, движение можно просчитать. Она указывает, в какой с наибольшей вероятностью точке находится частица.

Поэтому, когда мы рассматриваем движение частицы к барьеру, нужно представлять волну, а не частицу. А волны обладают одним уникальным свойством.

Чтобы его увидеть сначало надо направить луч света (электромагнитная волна) через кусок стекла, на границе стекла и воздуха можно заметить, что луч изгибается или преломляется.

Этот эффект виден, если взглянуть на кружку с водой, внутри которой помещен пластиковый ножик, являющийся ручкой.

Если увеличить угол падения луча, можно добиться 100% отражения.

Кажется, что луч просто отразился в другом направлении. Но это не совсем так. Уравнение Максвелла даёт понять, как лучи отражаются. Решив его, выясняется, что существует явление — затухающая волна. Это мимолётная волна, вместо отражения выходит за пределы стекла в обратном направлении. Она настолько мимолетна, что её практически невозможно обнаружить, но если поместить другой материал достаточно близко к границе волны, затухающая волна может не исчезнуть полностью, а продолжить движение.

По этой причине возможно квантовое туннелирование. Частицу мы рассматриваем как вероятную волну. Когда она отражается от барьера, малюсенькая затухающая волна попадает на ту сторону барьера, и с небольшой вероятностью частица окажется за барьером.

Мы не знаем, правда ли частицы реальные физические волны, или это всего лишь наш математический инструмент. Возможно, то, что происходит с обычными волнами, также происходит и с частицами. Но если это не так, нам неизвестно, точно почему частица оказывается за барьером. Но в любом случае, мы практически идеально можем смоделировать это с помощью волновой механики.

И вот таким вот нехитрым образом Aperture использовали квантовое туннелирование для порталов. Хотя... А собственно, как? Мало того, что этот эффект работает только на очень маленьких расстояниях, абсолютно случаен, так ещё и возможен только в микромире. Получается, порталы невозможны? Или...

Да хрен там плавал.

Можно представить, что за счет чёрной дыры мы создадим огромное количество энергии, которая перенесет квантовое туннелирование в макромир и даст частицам дополнительную энергию, отчего у них увеличится шанс туннелирования... Но даже так, квантовое туннелирование — это лишь вероятность того, что частица пройдет сквозь барьер. Даже если она будет иметь очень большую энергию, вероятность того, что частица не пройдет насквозь, присутствует. Если частица проходит через объект с шансом 99%, то 1% атомов тела не пройдут через него. Каждый проход через портал будет стоить Челл 1% атомов, что явно нехорошо. В идеале, шанс прохождения должен равняться 99,9%, чтобы Челл теряла не так много материи.

Ну и главная проблема. Несложно представить, как работает квантовое туннелирование, если поставить портал, с одной стороны, и с другой — в том же месте. Все атомы тела пройдут сквозь стену.

Но довольно сложно понять, как работают порталы, если они соединяют не связанные между собой точки.

Можно, конечно, предположить, что порталы имеют квантово запутанные частицы, и когда наши частицы квантово туннелируют, то из-за связи первого портала и второго портала они туннелируют уже через второй портал. Но... это все полный бред, не имеющий ничего общего с физикой. А это, на минуточку, моя лучшая идея.

Итоги: не бейте стены кулаком.

Интересный факт: 500 граммовой крысы хватит, чтобы питать энергией всю Норвегию в течение 33 дней. Но не спешите раскапывать своих мертвых крыс, всё не так просто. Суть в E=mc². Всем известно, что это уравнение ставит равенство между энергией и массой, но не многие знают, что любой объект с массой содержит ОГРОМНОЕ количество энергии. В 500 граммах её 4.5×10¹⁶ Дж (калькулятор). Неправда ли странно, что для обеспечения энергией всего на день требуется тонны урана, газа, угля, нефти?

Сперва следует учесть, что не вся энергия, которую мы получаем, превращается в электричество. При извлечении энергии из массы она преобразуется в тепло, затем нагревает воду, создавая пар. После этого турбины приходят в движение, и лишь 33% энергии превращается в электричество.

Но главная проблема в проценте эффективности преобразования массы в энергию. Наши методы крайне не эффективно извлекают энергию из массы. Всего существует три способа: химические реакции, ядерные реакции, гравитационные реакции.

Химические реакции – наименее эффективны. Сюда относится все, связанное с сжиганием природных ископаемых: уголь, нефть и природный газ. Если взять 500 граммовую крысу и сжечь её в котле, мы получим всего 0.000000001% энергии, содержащейся в ней. При таких темпах потребуется сжечь сто миллиардов крыс, чтобы обеспечивать Норвегию энергией 33 дня.

Ядерные реакции – лучший доступный нам метод. Он связан с особенностью некоторых атомов активно делиться. Например, уран-235, активное деление которого используется на ядерных электростанциях, или ядерные реакции внутри солнечного ядра. Если предположить, что атомы крыс начнут активно делиться, мы получим 0.08% энергии, доступной в ней. Даже ядерные реакции внутри солнца преобразуют всего 0.7% массы в энергию. В этом случае понадобится всего 1250 крыс, но, к сожалению, атомы крыс не делятся.

Кажется странным, что у чёрных дыр, есть какая-то энергия, поскольку общеизвестно, что всё, что попадает в чёрные дыры остаётся там навсегда. Но суть не в чёрной дыры, а в гравитации. Когда объект попадает под гравитационное поле, он сильно ускоряется, набирая кинетическую энергию. Если затем объект сталкивается с чем-то, он преобразует кинетическую энергию в тепло. Тепло излучается в виде инфракрасного излучения, что слегка уменьшает массу объекта, и уже из тепла можно забрать энергию.

То же самое происходит на Земле, когда падают метеориты: из-за трения они сгорают в атмосфере, что создает тепло. Это также относится к чёрной дыре с аккреционным диском.

Если на Земле эффективность преобразования массы в энергию ненамного лучше химических реакций, то в чёрных дырах этот коэффициент достигает 32%. Здесь играет роль сила притяжения: чем она сильнее, тем быстрее ускоряются объекты, и тем больше энергии они излучают.

Осталось понять, как эту энергию собрать. Здесь мы можем рассмотреть уже существующий источник энергии — чёрные дыры с аккреционным диском. Такой источник находится в центре нашей галактики.

Аккреционный диск формируется, когда вещество, газ и пыль, падают на массивный объект, звезду или чёрную дыру. Из-за сохранения углового момента частицы не падают прямо в чёрную дыру, вместо этого они медленно закручиваются по спирали.

Из-за сильного гравитационного поля чёрной дыры эти частицы преобразуют свою потенциальную энергию в кинетическую по мере приближения к горизонту событий. При взаимодействии друг с другом кинетическая энергия высвобождается в космос. Эту энергию можно поймать с помощью устройства вроде сферы Дайсона.

По сути, это огромная сферическая солнечная панель, она улавливает все частицы и преобразует их в энергию. Придумали их для звёзд, так что для чёрной дыры придется создать кольцо Дайсона.

В случае портальной пушки у чёрной дыры по умолчанию не будет аккреционного диска. Нам придется самим кидать частицы в чёрную дыру. Важно, чтобы их траектория падала по спирали, иначе они уйдут за горизонт событий, и мы потеряем всю энергию. Частиц нужно много, чтобы они сталкивались друг с другом. Материя начнёт излучать тепло и терять массу, когда она потеряет определенное количество массы, она упадет за горизонт событий. Мы сможем получить:

Такая значительная разница между вращающимися и не вращающимися дырами объясняется тем, что для не вращающейся чёрной дыры самая внутренняя возможная круговая орбита находится в 3 раза дальше горизонта событий. Для достижения этой точки по спирали объект превратит около 6% массы в энергию и после погрузится за горизонт событий.

Вращающиеся чёрные дыры искривляют пространство вокруг себя так, что придают дополнительное ускорение объектам, позволяя им находиться ближе к горизонту событий. Для очень быстро вращающихся чёрных дыр самая возможная внутренняя орбита почти совпадает с горизонтом событий.

6%, конечно, неплохой результат, но все же 32% выглядит более привлекательно. Возникает вопрос: «Как заставить их вращаться?». Вращение — обычное явление во вселенной. Практически все объекты вращаются: галактики, звезды, планеты, спутники. Всё исходит с момента их формирования, когда из вращающегося облака газа и пыли начинает образовываться объект. Материал сжимается под действием собственной гравитации, и сохранение углового момента приводит к увеличению вращения. Если углубляться в суть, то фактически вещество не вращается, а летит по геодезической прямой. Гравитация это не сила, она не тянет вещество, а искривляет пространство. Из-за сильного искривления возникает впечатление, что вещество вращается. (подробнее об это можно узнать здесь)

Чёрные дыры не образуются из газа, но и они когда-то были звёздами. Когда звезда взрывается сверхновой и превращается в чёрную дыру, она продолжает вращаться, при этом не просто продолжает, а включает десятую передачу и разгоняется до безумно высоких скоростей. Некоторые чёрные дыры вращаются миллионы раз в секунду. Это соотносится нашими законами: то, что было большим, став, маленьким, начинает вращаться быстрее. Вы можете это проверить прямо сейчас, при наличии геймерского кресла — достаточно раскрутиться на стуле, сначала вытянув руки, а затем, не вытягивая их (в идеале, уберите колесики).

План просто закидывать чёрную дыру частицами, надеясь, что это даст много энергии, довольно сомнительный. Нужно что-то более продуманное и такой план есть.

Идею, как сделать чёрную дыру, я уже предложил в прошлой главе. Однако тогда я предположил, что размер чёрной дыры равен 10-ти сантиметрам, но на деле мы не знаем её точный размер. Поскольку в устройстве используются не червоточины, а квантово-туннельные эффекты, чёрная дыра не обязана весить как планета, достаточно всего миллиона тонн. Это минимальная масса черной дыры, так как в ином случае она уничтожит саму себя из-за излучение Хокинга. Как и всё в этом мире, чёрные дыры не вечны. В этом виновато знакомое нам явление — квантовое туннелирование. Благодаря ему чёрные дыры излучают частицы и, как бы, испаряются. Также придется создать миллион тонн отрицательной материи, что довольно много, но уже так фантастично, как получение отрицательной материи массой планеты.

Чтобы план сработал, чёрная дыра должна вращаться, но как это сделать, неясно. Возможно, если она проглотит какую-нибудь планету, дыра действительно начнёт вращаться, ведь и планета крутилась до этого. Также, вероятно, её можно заставить вращаться, потратив огромное количество энергии, больше, чем в ней находится. Это откроет перед нами новые свойства чёрной дыры.

Во-первых, подобные чёрные дыры не имеют идеальной формы шара, также как и Земля, они сплюснуты по полюсам.

Во-вторых, точки не могут вращаться, поэтому внутри вращающихся черных дыр не сингулярность, а кольцегулярность. Кольцо с нулевой толщиной и без площади, вращающееся невероятно быстро и вмещающее всю массу чёрной дыры.

В-третьих, безумная скорость вращения чёрной дыры меняет само пространство-время, что создаёт новый очень странный регион — эргосфера. Это область за пределами горизонта событий, где энергия вращения чёрной дыры доминирует над гравитационным полем. Пространство и время настолько сильно искривлены вращением чёрной дыры, что становится невозможным оставаться неподвижным для чего-либо, включая свет.

В эргосфере объекты все еще могут избежать гравитационного притяжения чёрной дыры. Это явление известно как маневр Пенроуза, когда частица делиться на две части, одна из частиц падает в чёрную дыру, а другая вылетает с большей энергией, чем имела исходная частица, что даёт возможность покинуть эргосферу.

Этот маневр можно увидеть в фильме «Интерстеллар», когда Купер отсоединяет свой шаттл, чтобы дать дополнительную энергию шаттлу Амелии, и у неё появляется возможность выбраться эргосферы. Дополнительная энергия, полученная шаттлом Амелии, не просто равнозначно потери, а кратно превышает её. Иными словами, мы получаем больше энергии, чем изначально имели. Эта особенность эргосферы даёт возможность извлекать огромное количество энергии.

Теперь, для создания источника энергии, нам потребуются: быстро вращающаяся чёрная дыра, зеркальная капсула и портальная пушка. Чёрную дыру помещаем в зеркальную капсулу, а её в портальную пушку. Теперь внутрь капсулы выстреливаем электромагнитными волнами.

Волны направляются на чёрную дыру со скоростью света. Небольшая часть волн попадает за горизонт событий и исчезает навсегда. Однако значительная часть проходит через эргосферу, где чёрная дыра придает им энергию вращения и усиливает их. Эти волны отскакивают между зеркалами и чёрной дырой, становясь все сильнее. Каждый такой отскок усиливает их экспоненциально.

Открыв несколько окон в зеркальной капсулы, мы можем извлекать энергию из волн пропорционально скорости роста.

Итоги: Чтобы обеспечивать Норвегию электричеством 33 дня, понадобится 3 толстые крысы.

Устройство, позволяющее Челл совершать прыжки с огромных высот, сохраняя здоровье портальной пушки.

Упс, извините, не то видео. Однако оно отлично описывает, что произойдет с Челл в первой части, прыгнув она с такой высоты. На тот момент вместо «сапог прыгунов», она носила «усовершенствованные заменители коленных суставов».

Устройство прикреплено к голеням Челл, представляет собой протезы, состоящие из двух удлинённых изогнутых металлических деталей. Подобно рессорам автомобилей, они амортизируют толчки и имеют переменную упругость.

Конструкция позволяла Челл прыгать выше и выживать после падения с большой высоты. Но, судя по первому ролику, люди продолжали ломать портальную пушку. Для предотвращения этого была создана вторая версия: «сапоги прыгуна». Они позволяют испытуемым падать с ещё больших высот.

И также, имеют гироскопический механизм, позволяющий испытуемым балансировать и не падать головой вниз.

Вы спрашиваете, как это работает? Понятия не имею! Но главу мне надо растянуть, так что для начала узнаем почему наступает...

Причина проста. Земля — массивный объект, а массивные объекты искривляют пространство. Когда они это делают мы падаем в искривление, и приобретаем ускорение свободного падения. Для Земли она равна 9,8 м/c, то есть каждую секунду скорость увеличивается на 9,8 м/c. Поэтому чем больше высота падения, тем большую скорость мы приобретаем. Однако сопротивление воздуха, не дает нам достигнуть максимальной возможной скорости, так как при увеличении скорости в два раза, сопротивление воздуха увеличивается в четыре раза. Поэтому конечная скорость парашютистов составляет примерно 50-60 метров в секунду. При более аэродинамическом положении можно развить большую скорость, как это сделал Феликс Баумгартнер, поставивший рекорд в 372 м/с. Когда прыгал Феликс, у него был парашют, но если бы его не было, в момент касание земли, в силу вступили бы они...

Джоули и ньютоны, именно они виноваты, в нашей смертности.

Джоули — это энергия. Во время полета кинетическая энергия возрастает, а при приземлении преобразуется в другие формы энергии. Вычисляется этой формулой, тут важна скорость в конце полета и масса объекта.

Она преобразуется в три вида энергии:

Даже если мы избавимся от кинетической энергии, тело получит повреждения. Причина в ньютонах — силе, которая действует на тело при приземлении. Когда объект, при столкновении с землей, останавливается, его импульс быстро уменьшается, и на него в течение короткого времени действует огромная сила. Эта сила может вызвать деформацию или травму тела. Вычисляется этой формулой.

В рекламном ролике «сапог прыгуна» утверждается, что человек выживает при падении с высоты «1100». Не совсем ясно, идет ли речь о метрах или футах. Но это не имеет значения, ведь когда Челл подала с 4 километров в старый комплекс Aperture, она сумела выжить. Это кажется невозможным, ведь падение уже с 80 метров смертельно в 99% случаях, но это все же не 100%. История знает случаи, когда люди падали с больших высот и оставались в живых. Возможно, в них мы найдем ответ.

Вот вам две истории:

Заметили одну схожесть? В обеих случаях люди падали на какой-то предмет, замедляющий их падение. Получается, чтобы ослабить силу падения, нужен тормозной путь.

И нет, смысл не в скорости полета человека, а в длине тормозного пути. Это исходит из физики: если объект затормозит мгновенно, сила удара, давящая на него, приблизиться бесконечности. По этой причине эластичные предметы выживают лучше от падения с большой высоты, чем твердые предметы. Например, если уронить стекло даже с небольшой высоты, оно сразу разобьется, потому что затормозит мгновенно. В то время если уронить резиновый мячик, благодаря своей эластичности он промнется, тормозной путь значительно увеличиться и с ним ничего не произойдет.

Этот факт учитывают паркурщики при падении. Они падают на носки, ноги от этого работают как пружина, а колени сгибаются, что увеличивает тормозной путь.

Но ни в коем случае не на пятку, тогда вся нагрузка придётся на суставы.

Но, очевидно, этого будет недостаточно. На самом деле сапоги прыгуна имеют не такой уж оригинальный дизайн, ведь уже в 2004 году было создано похожее устройство — Джоли-джамперы.

В основе ходулей лежат мощные пружины, изготовленные из стекловолокна или углеродного волокна. Отталкиваясь от земли, пружины сжимаются, сохраняя энергию, а после высвобождают энергию, когда человек прилагает к ним силу. По сути, ходули используют четвертый тип амортизации кинетической энергии, перенаправляя её на отскок. Однако в игре мы видим другую ситуацию: героиня не отскакивает, а моментально останавливается.

Никакого тормозного пути не видно. Выходит, что вся кинетическая энергия передается в нижние конечности, а сила давящая на ноги если не равно бесконечности, то очень велико. Эти факторы делают...

Представим, что Челл падает с высоты 102 метров. Используя формулу KE=1/2mv² посчитаем, сколько кинетической энергии накопится.

Для этого нужно знать скорость в конце полета (v) и массу героини (m). Первое легко узнать, формулой v=√2gh. Получаем 44,7 м/с². Второе немного сложнее. Про вес Челл можно узнать со слов ГЛаДОС в 3 главе.

Известно, что воздушная панель веры рассчитана на вес 22000 кг. Добавляем 3 нуля и ещё 1, и получаем вес Челл: 220000000 кг. Осталось подставить числа:

Итог: 219 789 900 000 джоулей. Сказать, что это много, ничего не сказать. Фактически падение Челл с высоты 102 метра будет эквивалентно взрыву 52531 кг тротила! Конечно, эту энергию можно перенаправить в тепло, но как это работает в сапогах прыгуна, неясно.

Ну, окей, может, с силой всё не так плохо. Сила приземления с высоты 102 метра составит 4657 ньютонов. Выглядит не так уж плохо, но результат вновь будет плачевным, ведь уже 4000 ньютонов спокойно сломают ей бедренную кость. Предотвратить эти проблемы можно только создав тормозной путь. В игре его нет, однако создать рабочие сапоги прыгуна возможно.

Я предлагаю такую конструкцию: внешне сапоги прыгуна выглядят также, но изменения находятся в изогнутых металлических деталях. Для удобства назовем их рессорой.

Внутри рессора полая, в них находятся такие же металлические детали. Они выдвигаются до нескольких метров, а затем возвращаются.

Когда Челл приближается к полу, внутренняя часть рессоры резким движением выдвигается до самого пола. Героиня продолжает падать, но в это время металлическая деталь входит обратно в рессору. Внутри за счет трения кинетическая энергия превращается в обычную энергию: в тепло или сразу в электричество. Эта энергия хранится где-то, и когда вновь понадобится выстрелить внутренней рессорой, она использует эту энергию.

Длина внутренней рессоры должна достигать 122 м для падения с высоты 1000 метров и больше, и 11,3 м при падении с 102 метров. Таким методом мы избавляемся от кинетической энергии и предотвращаем воздействие силы.

Итоги: если вы падаете с четырех километров, приземляйтесь на носки и пригните ноги.

Полупрозрачный твёрдый мост, состоящий из естественного солнечного света, доставляемого с поверхности.

Главная особенность моста — возможность быстро перемещать его с помощью порталов. При прохождении через портал, мост, подобно свету, продолжает движение вперед, давая возможность создавать мосты в любом удобном месте.

Фактически мост состоит из фотонов. Если судить по названию, их плотно скомпоновали, чтобы они стали твердыми и испытуемые могли по ним ходить. Проблемы начинаются с этого момента, ведь...

Мир состоит из множества различных частиц. Начинается всё с элементарных частиц — первичных и неразложимых частиц, из которых построена вся материя. Есть две большие группы элементарных частиц: те, на которые влияет поле Хиггса (кварки, лептоны и т.д.), и те, на которые оно не влияет (фотоны, глюоны и т.д.).

Между ними огромная разница. Элементарные и составные частицы из которых в конце концов состоят атомы и молекулы, обладают всеми четырьмя фундаментальными взаимодействиями: гравитацией, электромагнетизмом, сильными и слабыми ядерными силами. В то время в другой группе находятся лишь переносчики одного взаимодействия. Фотоны — переносчики электромагнетизма. В отличие от частиц с массой, они не подвержены влиянию гравитации (за исключением гравитационного линзирования у черных дыр) или сильных и слабых ядерных взаимодействий. По сути, это просто частицы, летящие со скоростью света.

«Что произойдет, если плотно скомпоновать фотоны?». Всё зависит от того, насколько плотно. Если количестве энергии не очень большое, то Aperture Science получила бы мега-мощный лазер. Если встать на него, скорее всего, произойдет что-то похожее:

Если плотность ОЧЕНЬ высокая, то Aperture Science могла бы создать кугельблиц. Фактически это просто чёрная дыра, которая возникает не из-за высокой массы, а из-за огромной концентрации света в одной точке. В этом нет ничего необычного, ведь всё, что нужно для создания черной дыры — энергия, которая присутствует в фотонах. Предполагается, что если создать гамма-лазер, подать на него энергию, в количество того сколько солнце вырабатывает за год, и направить его в одну точку, то образуется очень маленькая чёрная дыра. Думаю, все знают, что по чёрным дырам ходить нельзя.

Мы не сможем передвигаться по фотонам, так как они не обладают нужными свойствами. Тогда возникает вопрос...

Ну, во-первых, не по всем атомам можно ходить, да и не все могут... (Извини, Иликок). Но как бы там ни было, именно атомы удерживают нас на земле, причина все в тех же фундаментальных взаимодействиях. Слабое взаимодействие работает на слишком маленьком уровне (кварки и лептоны). Гравитационное на слишком большом (от маленьких спутников до движения галактик). Остаются две силы: сильное ядерное взаимодействие и электромагнитные силы.

Таким образом, сильное взаимодействие создает атомы и электрический заряд атомов, а электромагнетизм скрепляет атомы вместе и отталкивает их, чтобы они не засасывали атомы человека при ходьбе.

Фотоны являются переносчиками электромагнитных сил. Казалось бы, что мешает им скрепляться вместе? Но в этом и суть, они всего лишь переносчики. Сами фотоны не обладают электромагнитными силами, у них нет заряда, поэтому они не скрепляются. То же самое, например, с глюонами: хоть они и являются переносчиками сильных взаимодействий, сами они ими не обладают.

Выходит, что по фотонам вправду нельзя ходить. Но, вдруг мы сможем что-то изменить, чтобы...

Для этого нужно решить две проблемы:

Разберемся со скоростью. Когда игрок ставит порталы, для моста, заметно, что мост передвигается с небольшим отставанием.

Зная расстояние и время, за которое луч преодолевает это расстояние, мы можем узнать скорость передвижения моста. А поможет в этом, конструктор карт.

Расстояние. Мы знаем, что размеры куба в Portal 2 = 0,69 м, следовательно, два куба = 1,38 м. С помощью кубов узнаем размер блоков, которыми усеяны стены. Используя высокотехнологичные инструменты, мы определяем соотношение одного блока к двум кубам, выходит 0,87. То есть один блок равен 1,2 метра.

Считаем количество блоков (50) и получаем расстояние 60 метров.

Время. Просто нажимаем на кнопку и считаем количество кадров.

23 кадра летит свет.

Скорость. Выходит, что за 1 кадр свет пролетает 2,6 метра. За 60 кадров — 156 метров. То есть скорость моста плотного света = 156 м/с. Это медленнее скорости обычного света на 1 934 144 раза. Aperture и вправду удалось заметно замедлить свет, но возможно ли это?

Вообще на Земле свет практически никогда не движется с максимальной скоростью. Дело в том, что скорость 299 792 458 м/с — скорость в вакууме. При прохождении через определенную среду, свет замедляется до 5 раз.

Пять раз и миллион все же немного разные цифры, да и свет придется замедлять в атмосферной среде. Однако метод замедления света существует. При этом так замедлить, что вы сможете спокойно обогнать его на велосипеде. Метод называется электромагнитно-индуцированная прозрачность. Предназначена она не для замедления света, а для создания прозрачной среды для первоначально непрозрачного вещества. Но в ходе процесса также замедляется свет до скорости 15 км/ч или даже 1 м/с.

После на газ направляют два луча.

Дело в том, что соединительный луч пытается переместить электроны с уровня 2 на уровень 3, но зондирующий луч пытается переместить их с 1 на 3. Столкнувшись двумя притяжениями, электрон оказывается зажатым между ними. Фактически он находится на уровне 1 и 2 одновременно. И когда это происходит, электрон не поглощает фотоны ни от одного излучения.

Зонд проходит насквозь, но делает это очень медленно. И вот почему. Зонд состоит из пучка световых волн с похожими на частоты связующего луча, но не одинаковыми. Когда они попадают в облако, эти волны замедляются с разной скоростью и начинают интерферировать друг с другом, что приводит к замедлению всего зондирующего луча. Возможно, в этот момент вы нифига не поняли, но не бойтесь, я тоже нифига не понял. В любом случае у нас есть факт: свет возможно сильно замедлить. Однако, есть несколько проблем.

Мы используем пары натрия или рубидия, так как они очень холодные. Это означает, что в пространстве нет ничего, кроме них, а следовательно испытуемые не смогут дышать. Это, конечно, исправимо с помощью дыхательных аппаратов, но достоверно известно, что в испытательных комнатах находится «обычный» воздух.

На деле, проблема решаемая. Уже в 2005 году IBM разработала чип, который замедляет свет в 300 раз при температуре, очень близкой к комнатной. Это далеко до замедления в два миллиона, но это был 2005 год, ничего не мешает нам доработать эту технологию.

Никак. Серьезно, кто-то считал это возможным? Фотоны — абсолютно другие частицы. Сделать так, чтобы по фотонам можно было ходить, значит полностью изменить их строение. Это то же самое, что сделать из банана велосипед. Даже если мы сможем это сделать, то в чем смысл? Такой велосипед будет обладать теми же свойствами, что и обычный велосипед. Легче просто взять обычные атомы и уже их как-то использовать для создания выдвигаемого моста.

Можно окончательно подтвердить, что сделать мост из фотонов невозможно. Однако фотоны обладают импульсом, и технически уже сейчас мы используем их для передвижения.

Единственное, за счет чего свет взаимодействует с нашими частицами, это импульс. На основе этого работают солнечные паруса. И раз уж свет толкает огромные корабли, то возможно, то же самое можно сделать с людьми.

Мы можем направить большое количество частиц снизу на наши ноги, так чтобы они передавали импульс, направленный вверх, и толкали нас. Но тогда мы не сможем пройти с одного края на другой, ведь фотоны просто держат нас в воздухе, нужно что-то ещё, отчего можно оттолкнуться. В идеале фотоны должны действовать не на нас, а на поверхность, на которой мы стоим. То есть фотоны передают импульс плоской поверхности, она начинает левитировать, и мы можем по ней ходить.

ИТОГИ: итоги: итоги: итоги:

Да это конец статьи, но для RedWolf corporation важно качество текстов, так что вы можете ещё принять участие в...

#portal #игры #лонг #лонгрид #якорь #снаучнойточкизрения #крысиныймегалонг