190 фунтов [~86 кг]
Я хочу сбросить 20 фунтов [~9 кг]. Какую часть массы Земли нужно «выбросить» в космос, чтобы достичь этой цели?
— Райан Мёрфи, Нью-Джерси
Задача выглядит довольно простой. Вес возникает потому, что гравитация Земли тянет нас вниз. Гравитация Земли возникает из-за её массы. Чем меньше масса, тем меньше гравитация. Убери массу с Земли — и ты сбросишь вес.
И ты решаешь попробовать сделать это.
Для удаления с Земли большого количества массы потребуется куча энергии, поэтому ты начинаешь с захвата нефтяных запасов всей планеты.
— Мне нужны нефтяные запасы всех стран. Нет времени объяснять!
— Я собирался спросить, зачем, но он чётко сказал, что времени нет.
— Ну, если это срочно, мы должны согласиться, так ведь?
Ты перерабатываешь нефть в топливо и используешь его для запуска сотен миллиардов тонн породы на орбиту. В среднем это срежет с поверхности Земли 0,2 мм породы. Ты встаёшь на весы…
Что ж, задумка не сработала. Но это логично: несколько сотен миллиардов тонн — это крошечная доля массы Земли.
Тебе немного поможет сжигание других видов ископаемого топлива, особенно угля, которого на планете приличное количество. Это позволит избавиться почти от миллиметра поверхности Земли. [Возможно, люди бы начали жаловаться. С другой стороны, в этот миллиметр, наверно, вошла бы вся грязь и весь мусор на полу. Возможно, это бы прокатило за бесплатную уборку.] Ты снова встаёшь на весы…
Чёрт!
Нужно больше энергии.
Ты покрываешь всю планету высокоэффективными солнечными панелями и целый год выкачиваешь весь падающий на Землю солнечный свет, а затем используешь его, чтобы питать пусковые установки породы. Человечество живёт в тени твоих панелей. Наверно, люди уже довольно сильно рассержены на тебя.
— Ну мы можем хотя бы жить сверху этих солнечных панелей?
— Ни за что! Вы закроете солнце и снизите эффективность.
Накопленный за год солнечный свет даст тебе энергию, достаточную для избавления почти от 100 триллионов тонн породы — нескольких дюймов поверхности планеты. К сожалению, этого недостаточно.
Очевидно твой подход с увеличением масштабов не работает.
Тебе нужно больше мощности. Вместо того, чтобы улавливать лишь ту небольшую долю энергии Солнца, которая падает на Землю, ты решаешь перехватывать всю его энергию, построив вокруг него оболочку для сбора энергии — сферу Дайсона. Овладев всей испускаемой энергией Солнца, тебе становится её достаточно, чтобы нарезать поверхность Земли гораздо быстрее.
Чем глубже ты движешься, тем горячее становится порода. После срезания нескольких сотен метров коры люди начинают замечать, что земля теплеет. После того, как ты срезал километр породы, температура поверхности увеличилась на 40 градусов Цельсия. Наверно, это приятно, когда ты встаёшь из постели холодным утром, но делает жизнь весьма дискомфортной. Кроме того, поскольку ты срезал вершины всех горячих точек, все вулканы мира извергаются.
— Биосфера погибла и все вулканы извергаются!
— Зато теперь у каждого есть тёплый пол!
Ты проверяешь показания весов.
Чёрт!
Ты используешь сферу Дайсона, чтобы продолжать избавляться от породы. Теперь ты срезал слой толщиной 5 километров, что займёт примерно 20 минут. (Для сравнения: ещё несколько минут ты потратил на избавление от океанов.) Земля уже совершенно непригодна для жизни. Благодаря магме, находившейся под супервулканом Йеллоустоун, северо-запад Вайоминга превратился в озеро лавы. Почва в большинстве мест уже достаточно горяча, чтобы кипятить воду и вызывать пожары.
Пол — это лава; пол горит; пол обжигает; терпимый пол.
Ты снова проверяешь весы…
Здорово, нужно просто продолжать избавляться от породы, возможно, при помощи какой-то гигантской овощечистки с питанием от солнечных батарей.
Ты срезаешь 20 километров коры, обнажая мантию Земли на пространствах, когда-то занятых дном океана.
Ну, никто не говорил, что сбрасывать вес легко. Ты снимаешь ещё 20 километров, удаляя слои расплавленной мантии и островки глубокого залегания коры.
Ты продолжаешь трудиться. Спустя четыре часа работы планетной овощечисткой ты удалил 60 километров вещества, в основном состоящего из расплавленной породы. Снова встав на весы, ты наконец видишь изменения.
Ты стал на один фунт тяжелее.
Как такое может быть?
Если бы Земля имела равномерную плотность, то при удалении слоёв ты становился бы легче. Но чем глубже, тем плотнее становится наша планета, и плотность нейтрализует потерю массы. При удалении поверхности планета становится чуть легче, но и ты приближаешься к этому плотному ядру. В итоге удаление внешнего слоя Земли делает гравитацию на её поверхности сильнее.
График зависимости глубины и силы гравитации
При спуске вниз гравитация продолжает расти. Она выравнивается только после того, как ты срежешь примерно 3 тысячи километров, уменьшив диаметр Земли вдвое и выкинув две трети её массы. (На это твоей солнечной овощечистке понадобится около недели.) Твой максимальный вес составит примерно 207 фунта, после чего он начнёт снижаться, когда ты будешь срезать более плотное внешнее ядро.
После удаления 3450 километров породы твой вес возвращается к тому, с которого ты начинал. После 3750 километров породы ты наконец достигнешь своей цели — сбросишь 20 фунтов. К этому времени ты срезал 85% массы Земли. Зато вес сбросил!
У этого плана есть слабые стороны. Да, он уничтожит Землю, но к тому же он чрезмерно неэффективен. Есть гораздо более простой способ снижения гравитационного притяжения тебя к Земле без изменения твоей массы и удаления от поверхности.
Сферическая оболочка из материи не оказывает никаких гравитационных сил на объекты, находящиеся внутри неё, то есть, если ты заберёшься под землю, слои породы над тобой перестанут влиять на твой вес. С точки зрения гравитации, они как будто исчезнут. На самом деле, тебе не нужно избавляться от массы Земли, тебе достаточно забраться под неё. Ты мог бы избежать всех этих трудов при помощи относительно простого туннеля.
— Ты просто мог бы прорыть туннель.
— Знаешь, я не могу рассиживаться, ожидая идеального плана. Лучшее — враг хорошего.
По крайней мере, удалось ли тебе избежать физических упражнений? В каком-то смысле. В конечном итоге, для выполнения твоего проекта потребовался огромный объём труда. Для срезания поверхности Земли пришлось потратить 5 x 1028 калорий энергии — это больше, чем было бы потрачено, если бы всё человечество начало выполнять интенсивные тренировки по 24 часа в день с сегодняшнего дня и до того момента, когда Солнце бы сгорело, а его остатки охладились до комнатной температуры.
Если ты стремился избежать работы, то с треском провалил свою задачу.
Комментарии (154)
v1000
14.10.2022 09:06+9такое впечатление, что проще на Марсе обустроить «Землю» с меньшей гравитацией, чем из Земли делать «Марс».
StjarnornasFred
14.10.2022 09:13+10Если так пойдёт и дальше, то Марс из Земли сам собой получится довольно скоро.
funca
14.10.2022 10:00+3Можно было просто отрезать голову от туловища. У молодых она примерно столько и весит (у взрослых уже ближе к 11lbs / 5кг). Разве 100500 голов ещё не достаточно, чтобы кому-то от этого стало легче?
cheburen
15.10.2022 21:47Скорее получится не Марс, а Венера, в принципе такое явление как кислотные дожди уже есть, в районах сильного сосредоточения тяжёлой промышленности. Парниковый эффект может начать само ускоряться из-за нагрева залежей кристаллогидратов метана в северных морях и последующего бурного выделения метана, и потом лет за десять человечество останется только в самых высоких широтах, если до этого не истребит себя в битве за места где по прохладнее.
MilesOrdo
14.10.2022 09:12+3Полагаю, что график "гравитации" совсем не подходит, так как создан для земли, с которой не срезают "кожуру".
stas2s
14.10.2022 17:51-1"Сферическая оболочка из материи не оказывает никаких гравитационных сил на объекты, находящиеся внутри неё, то есть, если ты заберёшься под землю, слои породы над тобой перестанут влиять на твой вес. С точки зрения гравитации, они как будто исчезнут. На самом деле, тебе не нужно избавляться от массы Земли, тебе достаточно забраться под неё. Ты мог бы избежать всех этих трудов при помощи относительно простого туннеля."
BigBeaver
14.10.2022 17:55+10Но срезание кожуры снижает давление на глубокие слои, и потому нет основания полагать, что функция распределения плотности по слоям будет оставаться неизменной…
Shenter
14.10.2022 09:19-1И куда девается масса, которую уже срезали? Если она летает в виде обломков вокруг Земли, то у неё тоже есть какая-то масса и её гравитация нивелирует гравитацию Земли.
ShashkovS
14.10.2022 09:50+8Забавно, но зануда_моде_он:
Есть две массы: гравитационная и инерционная.
Гравитационная — это грубо говоря m из формулы GmM/r².
Инерционная — это грубо говоря m из формулы mv²/2.
Пока похоже, что эти массы совпадают, но люди обычно хотят скинуть ту, что инерционная, хотя на весах замеряют ту, что гравитационная.
DurRandir
14.10.2022 10:12+2Если вы найдете случай, когда они не равны, то вы сможете опровергнуть ОТО. Удачи.
ShashkovS
14.10.2022 10:16+1Я хотел сказать не это: обычные весы измеряют не то, что люди хотят в себе изменить. Но по удобному стечению обстоятельств «обычно» оно к нему очень близко.
Вместо всех сложностей в статье можно было просто тару подкрутить на 20 фунтов ровно с тем же успехом.
expromt
14.10.2022 10:41+13Люди, на самом деле, обычно не вес. хотят сбросить. Люди обычно хотят похудеть что бы быть здоровее и лучше выглядеть, т.е. изменить объем по сути. А вес просто легче измерять и он более менее прямо коррелирует с объемом.
Tarakanator
14.10.2022 13:12+2инерционная масса фотоно явно не 0, т.к. возможны солнечные паруса и фотонный двигатель.
Вопрос: гравитационная масса фотона тоже не 0?
Т.е. если фотон достаточно высокоэнергетический, то он является чёрной дырой?
Но ведь фотон сам по себе не обладает энергией. Он обладает энергией с точки зрения какой-то системы отсчёта. И для любого фотона можно выбрать такую систему отсчёта, чтобы он стал чёрной дырой.
Вот такой-вот парадокс. И я хз как он решается.BigBeaver
14.10.2022 18:01Но ведь фотон сам по себе не обладает энергией
Как это? E=hν. И она абсолютно инвариантна, как и скорость света.И для любого фотона можно выбрать такую систему отсчёта, чтобы он стал чёрной дырой.
Нельзя, тк покоящихся фотонов (и систем отсчета, где они покоятся) не существует. А если и существует, то не описывается ОТО/СТО, а потому выводы про дыру не валидны, и вам нужны какая-то новая математика.
Ни каких парадоксов.
3al
14.10.2022 20:29+1Энергия никогда не инвариантна, эффект Допплера вполне влияет на частоту (= энергию) фотона. К парадоксам это не приведет, конечно.
Tarakanator
14.10.2022 20:44+1почему не приводит? что мешает ВЫСОКО энергетическому фотону быть чёрной дырой?
3al
15.10.2022 05:20+2Решение Шварцшильда — статично, пространство рядом с высокоэнергетическим фотоном может быть каким угодно кроме статичного. Сама система отсчета будет увлечена им. Примерно по той же причине случайный камень не является чёрной дырой для релятивистских наблюдателей с той разницей, что камень может ещё и вращаться, что добавляет ещё проблем с вычислениями. Чёрные дыры — инвариант.
Если у фотона изначально достаточно энергии, чтобы быть чёрной дырой — другое дело, но тогда возникает вопрос "а какой именно процесс может излучать фотоны с такой энергией и почему излучившее его тело само не чёрная дыра?"
Если вспомнить про квантовую теорию поля, то у фотона немного нет размеров (в смысле размер не "неизвестен", а "оператор не применим", поэтому с применением того же решения Шварцшильда проблемы), проблемы с точным положением и теории, описывающей появление чёрных дыр из одного кванта поля (без положения и размеров) сейчас немного нет.
Tarakanator
15.10.2022 11:121)Правильно ли я понял, что если я разгонюсь в лоб навстречу фотону, то при приближении к нему меня затормозит пространством, увлекаемым фотоном, и именно поэтому в момент встречи меня с фотоном его энергия окажется недостаточно для создания чёрной дыры?
2)а что не так с размером и положением? Да мы не можем точно определить его местоположение т.к. свет не только частица, но и волна. Но ведь любая частица ведёт себя так-же? Просто длина волны меньше. А в случае высокоэнергетического фотона его длина волны будет меньше, чем у какого-то протона. Вы же не будете утверждать, что из протонов ЧД сделать нельзя?BigBeaver
15.10.2022 12:20Дело не в том, что вас остановит, а фотон не статичен ни в какой системе отсчета. Почитайте про релятивистские эффекты времени.
3al
15.10.2022 14:20из протонов ЧД сделать нельзя?
Из одного — вроде как нельзя.
Tarakanator
15.10.2022 14:21а из двух? а из двух фотонов?
MishaRash
16.10.2022 09:07Из большого числа фотонов, собранных в достаточно малом объёме, теоретически можно сделать такую чёрную дыру, что её радиус будет больше длины волны этих фотонов, что должно сделать менее значительными квантовые эффекты, о которых я упоминал в другой ветке.
Tarakanator
16.10.2022 09:09что её радиус будет больше длины волны этих фотонов
Почему это нельзя сделать для 1-2 фотонов? Насколько мне известно нет ограничения на максимальную частоту фотона.
MishaRash
16.10.2022 09:30Радиус Шварцшильда фотона будет меньше его длины волны, если его энергия меньше планковской. Это значит, что квантовые эффекты будут заметны на более крупных масштабах. Планковская энергия - предел работоспособности текущих теорий, к которому лучше не приближаться. Отсюда требуется большое количество фотонов, чтобы у каждого энергия была значительно меньше планковской и их совокупный радиус Шварцшильда существенно превзошёл длину волны. Только в этом случае мы можем предсказать появление чёрной дыры.
Tarakanator
16.10.2022 09:37Т.е. вы согласны с тем, что много фотонов, летящих параллельно создадут чд?
Но наличие ЧД это инвариант, а энергия фотонов в разных системах отсчёта отличается.
Т.е. 1 наблюдатель измеряет энергию фотонов и говорит, не, энергии мало, чд не получается.
Друго наблюдатель видит ЧД, сколлапсировавшую из фотонов.
Это как так?
MishaRash
16.10.2022 19:09Прелесть многих фотонов в том, что они будут все точно лететь в одну сторону с нулевой вероятностью (особенно с квантовой неопределённостью). А раз их импульсы не строго параллельны, их векторная сумма будет меньше суммы абсолютных значений, поэтому у фотонов как у системы будет ненулевая энергия покоя, и соответственно их центр инерции будет двигаться медленнее скорости света. Мы можем перейти в соответствующую систему отсчёта и получить знакомую покоящуюся чёрную дыру, если энергии достаточно.
Если всё же допустить, что точечный сгусток энергии движется со скоростью света, то, похоже, он не сможет быть чёрной дырой, потому что гравитационное поле распространяется со скоростью света и информация об этом сгустке не сможет его обогнать, даже двигаясь точно в ту же сторону.
BigBeaver
16.10.2022 22:19Но, если импульсы не параллельны, то пучек расползается. Точно ли возможна такая черная дыра? Особенно, если учесть, что у фотонов нет временной состовляющей 4-вектора…
MishaRash
16.10.2022 22:52Но, если импульсы не параллельны, то пучек расползается. Точно ли возможна такая черная дыра?
Должна быть возможна, в ОТО фотоны могут гравитационно "притягивать" друг друга, искривляя пространство-время своей энергией.
Особенно, если учесть, что у фотонов нет временной состовляющей 4-вектора…
Какого именно 4-вектора?
Tarakanator
14.10.2022 20:43Как это? E=hν. И она абсолютно инвариантна, как и скорость света.
красное смещение погуглите
BigBeaver
14.10.2022 20:56+1Согласно СТО нет возможности определить, какая из систем отсчета движется, а какая покоится. В формулах для (доплеровского) красного смещения фигурирует только взаимная скорость, а потому результат будет одинаковый в обеих (как приемника так и излучателя) системах отсчета.
3alЭнергия никогда не инвариантна
Полная энергия (как сумма потенциальной и кинетической) инвариантна. Смена системы отсчета просто преобразует одну в другую.Tarakanator
14.10.2022 22:13+2а потому результат будет одинаковый в обеих (как приемника так и излучателя) системах отсчета.
Вы только что постулировали отсутствие красного смещения. А это противоречит наблюдаемым фактам.
И я не понимаю как вы сделали такой вывод из того, что написали в этом-же посте ранее.
Да, системы отсчёта равноправны, но их равноправие не означает одинаковую энергию фотона в них.
VT100
15.10.2022 11:37Вероятно — имелась в виду привязка системы отсчёта наблюдателя к приёмнику или источнику.
BigBeaver
15.10.2022 12:17+1Если бы энергия фотона отличалась в двух инерциальных системах, то вы могли бы их отличить, а вы не можете. КМК, тут фишка в том, что у фотона может быть только один наблюдатель. То есть, парадокс возникает только, если применять к фотону рассуждения для масивных (имеющих массу покоя) тел, что неверно.
Tarakanator
15.10.2022 12:43+1В смысле не можем?
мы видим разное красное смещение от краёв галактик вращающихся к нам и от нас.
На основе этого измеряется скорость вращения галактик.
При этом с точки зрения источника они энергия фотонов со звёзд вращающихся по направлению к нам и от нас одинакова.
Cerberuser
15.10.2022 12:55+1А может ли вообще источник определить, какой была в его системе отсчёта энергия фотона в момент, когда её определяем мы? Ну, чтобы было что сравнивать.
Cerberuser
15.10.2022 13:40Можно ли вообще говорить о совпадении двух величин, если одна из них неизмеряема?
Tarakanator
15.10.2022 13:43Вы уравнения в школе решали?
У вас же не возникало проблем с заявлениями типа x=y, несмотря на то, что ни одну из величин вы не измеряли, а только вычисляли?
MishaRash
16.10.2022 19:28Можно, например испустить два одинаковых фотона и поймать их, двигаясь с разными постоянными скоростями относительно источника. Результаты будут разные.
BigBeaver
15.10.2022 12:58+1Вы не можете наблюдать один и тот же фотон в разных системах отсчета. Ну то есть, вы никак не можете измерить частоту испускаемого фотона — только поглощаемого. Но пойнт интересный, надо подумать об этом. Наверное, дело как-то связано с неинерциальностью вращающихся тел, м?
Tarakanator
15.10.2022 13:10+1Я вообще не вижу проблемы.
Ну да, я не могу измерить(но могу вычислить) частоту испускаемого фотона в другой система отсчёта. Ну и что?
Это никоим образом не означает равенства частот в разных системах отсчёта.
BigBeaver
15.10.2022 13:13Я вам еще раз напоминаю, что в уравнениях Доплера система отсчета никак не фигурирует. А в примере с галактиками у вас не инерциальные СО, и потому ни каких инвариантов очевидно нет.
Tarakanator
15.10.2022 13:25Прямо из вики:
В случае распространения электромагнитных волн (или других безмассовых частиц) в вакууме, формулу для частоты выводят из уравнений специальной теории относительности. Так как для распространения электромагнитных волн не требуется материальная среда, можно рассматривать только относительную скорость источника и наблюдателя[11][12]в примере с галактиками инерциальная СО, т.к. мы рассматриваем мгновенные (по меркам галактик) состояния, то центростремительным ускорением можно пренебречь.
BigBeaver
15.10.2022 13:59Так я вам про то и говорю.
Это, как минимум, требует обоснования. Что-то я не помню чтобы мгновенность автоматически отбрасывала ускорения в каких-то задачах.
Tarakanator
15.10.2022 14:19Дано:
Автомобиль, движется со скоростью 30м/с и ускорением 5м/с^2
В этот момент вы из него стреляете из пистолета, скорость выхода пули относительно ствола 300м/с.
Посчитайте скорость пули относительно земли в момент выхода пули из ствола.
BigBeaver
15.10.2022 14:38Само понятие «скорость выхода пули относительно ствола» подразумевает нахождение в инерциальной системе отсчета. Иначе вам надо считать его явно, тк нетрудно подобрать такое ускорение, при котором выстрел вообще не произойдет (а пуля наоборот вдавится обратно в разрушенную «выстрелом» гильзу).
Tarakanator
15.10.2022 14:51Иначе вам надо считать его явно, тк нетрудно подобрать такое ускорение,
При любом ускорении скорость выхода пули не изменится. Если мы вернёмся к нашим баранам и вспомним, что изначально речь шла о фотоне, который излучается мгновенно.
Tarakanator
15.10.2022 15:03ок, вернёся к барана:
А в примере с галактиками у вас не инерциальные СО, и потому ни каких инвариантов очевидно нет.
Т.е. по вашему если в вакууме летят 2 фонарика, один ко мне другой от меня, то энергия их фотонов для меня инвариант?
А если эти-же фонарики летят с теми-же скоростями не просто в вакууме, а крутятся в диске галактики, то уже нет?
BigBeaver
15.10.2022 15:49+1Затем, что он не релевантен исходному вопросу. Вы пытаетесь заменить инвариантность одного объекта на эквивалентность двух разных объектов, а потом полученные выводы применить обратно к инвариантности.
Tarakanator
15.10.2022 16:03Давайте тогда вернёмся к баранам. Сформулируйте всё заново, я постараюсь ответить максимально корректно.
BigBeaver
15.10.2022 16:25+1На самом деле я не уверен, что готов точно всё сформулировать с начала и до конца без соответствующей подготовки. И тут еще и другие интерпретации наклевываются хз, насколько корректные. В целом, невозможность существования стороннего для фотона наблюдателя вызывает некоторые когнитивные сложности у меня, если честно (у вас тоже, судя по примеру с пулей).
Tarakanator
15.10.2022 16:54Не понял. А зачем существования стороннего для фотона наблюдателя?
вот фотон летит. Я для него сторонний, но не наблюдатель.
Вот он долетел до моего глаза. Я стал наблюдателем, но не сторонним.
А главное, что с фотоном это просто пример, вы можете взять и любую другую частицу.
Tarakanator
15.10.2022 18:53Нет.
Вот поэтому я и привёл в пример фотон. С ним сложнее что-то возразить.
Tarakanator
15.10.2022 15:04измерить частоту испускаемого фотона можно.
надо измерить энергию (или импульс) системы до и после испускания фотона.
BigBeaver
15.10.2022 15:24+1Вы не можете измерить импульс инерциальной системы отсчета, находясь внутри нее. Но если он меняется, то она не инерциальная.
Вы должны понимать, что то, что мы тут сейчас обсуждаем, это просто математиеские уловки, работающие на системе абстракций. Парадоксы возникают там, где мы пытаемся заглянуть за границу применения абстракций, сохранив те же правила.
Tarakanator
15.10.2022 15:35Если вы находитесь внутри системы, то нужно измерять изменение импульса.
Вот я не понимаю в какой момент я выхожу за границу.
BigBeaver
15.10.2022 15:51Импульс относителен. Как вы планируете его измерять внутри системы? Собственный импульс ИСО относительно самой себя всегда ноль.
Там, где добавляете ускорения.
Tarakanator
15.10.2022 16:58я понял. Когда вы вместо исо, написали система, я не понял что это всё ещё система отсчёта.
Я уже путаюсь в разных ветках давайте не будем их плодить и эту закроем.
MishaRash
16.10.2022 19:22Можно не совсем измерить, но узнать частоту испускаемых фотонов (в момент излучения), если пронаблюдать как минимум две спектральные линии. Тогда можно измерить отношение их частот (это вещь довольно уникальная и сохраняющаяся при всех красных смещениях), сопоставить с парой линий, наблюдаемых в лаборатории и найти красное смещение как уменьшение обеих наблюдаемых частот относительно лабораторной.
BigBeaver
16.10.2022 22:21Не очень понял, как вы планируете наблюдать спектральные линии без поглощения фотонов.
MishaRash
16.10.2022 22:56Без поглощения нельзя, конечно. Фотон вроде и нельзя пронаблюдать, не уничтожив его. Вообще любое измерение, строго говоря, изменяет состояние системы, и оно уже не будет прежним. Для макроскопических объектов это просто не так заметно.
MishaRash
16.10.2022 23:07Фотоны с определённой длиной волны можно "копировать" с помощью стимулированного излучения (как в лазерах и мазерах), но я не помню, как их можно обнаружить, не поглотив хотя бы часть.
MishaRash
16.10.2022 19:16Энергия фотона отличается в разных инерциальных системах (движущихся с ненулевой скоростью относительно друг друга) из-за эффекта Допплера. Инерциальные системы отличить можно. Обычно нельзя определить, какая из них "правильная" (например, в какой фотон был испущен).
BigBeaver
16.10.2022 22:29Речь о том, что определить можно только относительные скорости. Кстати, рожденные из вакуума фотоны в какой системе отсчета испускаются?
MishaRash
16.10.2022 23:02Речь о том, что определить можно только относительные скорости.
Это, безусловно, правда. Но вы вроде пытались доказать, что энергия фотона одна и та же в любых инерциальных системах отсчёта, что неверно.
Кстати, рожденные из вакуума фотоны в какой системе отсчета испускаются?
Это про квантовые флуктуации? Я не уверен насчёт их анализа.
Обычно испускание фотонов связано с каким-то конкретным массивным объектом (заряженной частицей, атомом, молекулой, чёрным телом) и тогда их свойства удобно предсказывать в системе отсчёта покоя этого тела (источника).
MishaRash
16.10.2022 08:55Возможность солнечных парусов и фотонного двигателя говорит о наличии у фотонов импульса в первую очередь. Согласно специальной теории относительности, у частицы с конечной (инерционной) массой покоя импульс устремляется в бесконечность при приближении к скорости света.
Вообще с инерционной и гравитационной массой хитро. Если решить, что у фотона они есть и равны (причём не так важно, чему именно), как у массивных объектов, то отклонение фотона в гравитационном поле получается в 2 раза слабее, чем в общей теории относительности. Динамика безмассовых частиц имеет свои особенности.
Фотон обладает энергией в любой системе отсчёта, её можно уменьшить или увеличить, но не обнулить. Вроде бы то же самое верно для любой другой частицы.
С точки зрения воздействия на другие объекты в общей теории относительности энергия и масса тела по сути одно и то же. Так что фотон должен быть чёрной дырой. Вот только радиус Шварцшильда будет меньше его длины волны, если энергия меньше планковской, и квантовые эффекты будут заметны намного раньше. А выше планковской энергии непонятно, что происходит - нет у нас информативной для этого режима и подтверждённой теории квантовой гравитации.
Tarakanator
16.10.2022 09:13А выше планковской энергии непонятно, что происходит - нет у нас информативной для этого режима и подтверждённой теории квантовой гравитации.
Ок, возьмём не 1, а 2 фотона. У каждого энергия на пол шишечки ниже планковской. ЧД будет?
Если решить, что у фотона они есть и равны
если они не равны... то вроде как все учёные говорят о равенстве инерционной и гравитационной массы. И о исключениях в виде фотона не говорят.
Если её нет... то получается что фотон не притягивает другие тела?
Если я фонариком в ЧД посвечу, то её масса не увеличится? куда пропадает энергия?MishaRash
16.10.2022 09:26Ок, возьмём не 1, а 2 фотона. У каждого энергия на пол шишечки ниже планковской. ЧД будет?
Планковская энергия - это не резкий предел, до которого всё предельно ясно, а дальше совершенно загадочно. Чтобы не сомневаться в работоспособности текущих теорий, лучше держаться намного ниже неё, для чего требуется значительно большее число фотонов.
если они не равны... то вроде как все учёные говорят о равенстве инерционной и гравитационной массы. И о исключениях в виде фотона не говорят.
Обычно говорят, что у фотона нулевая масса, и это не считается исключением. Если присвоить фотону ненулевую массу, часто возникают противоречия, поэтому обычно этого не делают.
Если её нет... то получается что фотон не притягивает другие тела?
Если я фонариком в ЧД посвечу, то её масса не увеличится? куда пропадает энергия?По общей теории относительности, энергия-импульс гравитационно воздействуют подобно массе. Масса чёрной дыры увеличивается от любой поглощённой энергии, в том числе электромагнитной (фотонов).
Tarakanator
16.10.2022 09:32Масса, энергия, какая разница?
e=mc^2 говорит нам что они пропорциональны.
Что-то имеющее энергию не может не иметь массы. Про фотон говорят что он не имеет массы покоя.Чтобы не сомневаться в работоспособности текущих теорий, лучше держаться намного ниже неё, для чего требуется значительно большее число фотонов.
Намного это насколько? 2 фотона это уже в 2 раза ниже предела.
MishaRash
16.10.2022 18:59Масса, энергия, какая разница?
e=mc^2 говорит нам что они пропорциональны.
Что-то имеющее энергию не может не иметь массы. Про фотон говорят что он не имеет массы покоя.Безусловно, формально можно определить переменную массу движущегося объекта через
. Но это не слишком полезно - хотя бы потому, что эта масса не будет работать как инерционная в ньютоновской механике - то есть для неё не будет верна знакомая форма второго закона Ньютона 
(как и для любой другой массы, в специальной теории относительности в общем случае необходим ещё один член вдоль скорости). Так что зачем вводить лишнюю сущность, если это та же энергия с точностью до константы? Насколько я знаю, курсы по специальной теории относительности университетского уровня (и выше) не говорят о переменной массе именно поэтому.
K0styan
14.10.2022 17:29+1Люди обычно вообще хотят более стройными стать, но почему-то акцентируются на весе, и лишь во вторую - на геометрии)
А так как основную метрику меряют именно весы - то актуальна именно гравитационная масса.
Tarakanator
16.10.2022 09:33У меня поясница болит. Мне важнее не стройность и не масса, а именно вес.
hoegni
14.10.2022 23:58+3Ну если уж зануду моде, то весы массу вообще не измеряют. Они измеряют вес - то есть силу, с которой тело давит на опору. С этим Рэндэлл здесь, собственно, и играет. И способов изменить этот вес, разумеется, много. Можно, например, поместить весы на дно бассейна и встать на них. Закон Архимеда поможет уменьшить вес. Можно взять в руки надутый гелием шарик. Можно взвешиваться в барокамере (опять же, закон Архимеда). Правда, давление понадобится довольно большое. При 1 атмосфере 1 литр воздуха весит примерно 1.3 г, если объем дяди 90 л, то масса вытесненного им воздуха - 116 г. Чтобы сбросить 9 кг (20 фунтов) понадобится 78 атм. Хм, по-моему, несовместимо с жизнью, ну зато вес сбросим.
Mingun
15.10.2022 00:51+1Хм, по-моему, несовместимо с жизнью, ну зато вес сбросим.
По крайней мере, погибнет только один дядя, а не всё население Земли :)
s_f1
14.10.2022 10:27+3Прочитав заголовок, подумал как раз про релокацию на Марс. Но согласен, это недостаточно сложно.
victord
14.10.2022 10:41На вдохе мы поглощаем O2. При выдохе отдаем CO2. Теряет ли человек массу при выдохе? Как быстро я похудею?
isden
14.10.2022 10:54+1Еще не забываем про поступление/уход воды и прочих веществ, а также потерю массы излучением.
spinagon
14.10.2022 11:55+8Я больше скажу - человек в основном дыханием массу и теряет. Когда жиры и углеводы окисляются для получения энергии, продукты реакции - это вода и углекислый газ. Вода нам ещё нужна, а углекислый газ удаляется из организма и уносит с собой большую часть массы.
Format-X22
14.10.2022 15:01Звучит очень спорно, нужна какая-нибудь научная статья или исследование.
Format-X22
14.10.2022 17:59Неужели это на столько очевидный всем факт, что только минус и без коммента? :) Либо где-то был потерянный сарказм?
BigBeaver
14.10.2022 18:08Это не просто неочевидный факт, но и неверный. При дыхании угерод в органике заменяется на кислород (образуя воду). Среднее число водорода на единицу углерода в органике близко к 2 (обычно чуть больше), как и в получаемой воде.
При этом кислород на 4 единицы тяжелее углерода, потому сжигая жир мы наоборот набираем вес. Вот така-то.
Баланс выдыхаемой жидкости зависит от владности воздуха и тд, но если мы принимаем тезис выше, что вода нам якобы «еще нужна» и вся остается на месте, то реально мы теряем вес, когда… писаем. Потому взвешиваться всегда надо после утреннего туалета а не до.
DaneSoul
14.10.2022 19:24+1А Вы почитайте по реальным формулам.
Вот распад глюкозы например:
C6H12O6 (глюкоза) + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O
Считаем баланс — 6 пришедших молекул кислорода улетели углекислым газом забрав при этом 6 молекул углерода (это и есть уменьшение массы). А водород и кислород из исходной глюкозы остались в виде воды.
На самом деле, процесс многоэтапный, и вдыхаемый кислород соединяется с отделяемым от глюкозы водородом на последнем этапе, а углекислый газ выделяется в промежуточных этапах.
PS: Собственно говоря, если мы вдыхаем O2, а выдыхаем CO2, то вполне очевидно, что в разнице мы имеем этот самый углерод.BigBeaver
14.10.2022 19:48+1А давайте теперь то же самое для жиров (мы же похудение обсуждаем). Например, для пальмитиновой кислоты CH3(CH2)14 COOH [16C + 2O + 32H] + xO2 ->16CO2 + 16H20 [16O + 32H], которая является центром жирового метаболизма человека. Считать «х» мне лень, тк он не играет роли. В квадратных скобках расписано по атомам то что остается в организме до и после. Далее пересчитываем по массе
16С+2О +32Н= 16*12+2*16+32=256
16О+32Н=16*16+23=288
Получается, мы набрали 12% от массы сожженного жира.hoegni
15.10.2022 00:09Ниже у меня уже есть, но повторю. Мы выдыхаем насыщенный пар при температуре 37 градусов. Так что воды теряется даже больше, чем продуцируется. Поэтому приходится пить.
BigBeaver
15.10.2022 12:23Так я с этим нигде и не спорю, но по условию задачи выше вода остается. Впрочем, хотелось бы пруф, что пар именно насыщенный а не (например) 80%.
KivApple
15.10.2022 00:10+5CO2 примерно на четверть тяжелее O2. Беглое гугление даёт, что за день через лёгкие проходит примерно 12 кг воздуха, а в выдыхаемом воздухе содержание кислорода 16-17% (в то время как в обычном 20), а также 3-4% углекислого газа (в обычном воздухе CO2 - сотые доли процента). Выходит, человек поглощает 4% кислорода и заменяет их на 4% углекислого газа. Значит, с выдохом за день мы теряем 100-150 грамм вещества.
Какие ещё есть варианты терять массу? Кал, моча и пот. Масса кала всегда строго меньше массы поглощенной вчера пищи, так как он является её неусвоенной частью. Тут баланс отрицательный, мы наоборот набираем массу.
Моча и пот почти полностью состоят из воды. Вода в человеке особо сложно не накапливается - легко высвобождается и легко набирается. Сбросить воду очень просто - достаточно потеть и не пить. Но никакая диета не предлагает худеть за счёт потери одной воды. Потому что организму очень важен её баланс и ему очень быстро при её потери без восполнения становится плохо вплоть до смерти. При потере воды нам будет хотеться выпить столько же сколько потеряли. И мы это очень быстро и легко сделаем и почти мгновенно восстановим запасы. Так что тут как и с калом примерно баланс. Терять по 150 грамм массы в день через жидкость на постоянной основе невозможно. Только разово с быстрым возвратом.
Выходит, самые большие потери массы идут через дыхание. Потому что все остальные способы либо отбрасывают мизер массы, либо неразрывно связаны с процессами набора такого же количества массы через еду и питье.
hbn3
15.10.2022 14:57Отмершей эпидермис теряем ещё. Ногти. Ушная сера. Волосы.
Если запасённый жир жгём — будет ли оставаться твёрдый остаток? Если да — то вполне может масса кала быть выше недавно полученной пищи.
hoegni
15.10.2022 00:07+1Воды кстати уходит больше, чем выделяется при окислении. Мы выдыхаем насыщенный пар при температуре 37 градусов.
К слову, есть давнее заблуждение, что верблюд носит в виде жира в горбах своего рода запас метаболической воды. И оно держится, хотя еще в 60-х годах прошлого века выдающийся английский физиолог Шмидт-Нильсен провел простой подсчет. Чтобы получить из этого жира дополнительную воду, придется вдохнуть больше кислорода, а тогда придется выдохнуть больше воды. Ну а дальше берем уравнение реакции окисления жира, смотрим, сколько получится воды на литр потребленного кислорода, переходим к объему дыхания, и получаем что вода теряется. Искать сейчас уравнения мне лень, так что поверьте на слово.
BigBeaver
15.10.2022 12:25провел простой подсчет
Практика показывает, что простых подсчетов в биологии обычно не достаточно.
solypse
16.10.2022 19:35Чтобы окислить 1 кг жира нужновдохнуть 2.9 кг кислорода и выдохнуть 2.8 кг углекислого газа и 1.1 кг воды. Плотность кислорода при нормальных условиях 1.33 г/л, так что для окисления 1 кг жирных кислот нужно 2180 литров кислорода при 20°С и нормальном давлении или примерно в пять раз больше воздуха. И ещё одно тайное знание, каждый литр кислорода в среднем позволяет окислить 5 ккал (4.74 ккал из жиров и 5.05 ккал из углеводов).
yeg
14.10.2022 15:01+1Можно было просто найти водонепроницаемые весы и измерить вес в соленой воде
SeryiBaran6
14.10.2022 17:35<sarcasm>Это слишком сложно. Гораздо проще уничтожить пол планеты</sarcasm>
bak
14.10.2022 18:29+1Вместо срезания планеты можно было просто нарастить её материалом низкой плотности. Перехватить астероиды, когда не хватит использовать луну или марс.
leshabirukov
14.10.2022 19:02+2Взглянув на картинку про солнечные батареи, сначала решил что это про фальшпол с целью увеличить радиус Земли при сохранении массы.
johnfound
15.10.2022 01:02+2Вес, вообще-то в Ньютонах.
hoegni
15.10.2022 01:12Можно и в килограммах силы. Есть такая внесистемная единица. А в имперской системе можно, наверно, и в фунтах силы измерять.
johnfound
15.10.2022 01:30+2Килограмм-сила (кгс), это не килограмм (кг). И pound-of-force (lbf) это не pound. Кстати, автор xkcd обычно к физике относиться очень щепетильно и такая неаккуратность настораживает. Как по мне, это сделано специально. Ведь, когда человек хочет «сбросить» вес, он на самом деле хочет «сбросить» массу, а вовсе не вес. То есть, это просто второй слой юмора. Ну или даже первый. ;)
hoegni
15.10.2022 04:41+3Разумеется. Но, желая сбросить массу, обычно говорят, что желают сбросить вес. Вот на эту тему Рэндалл и развлекается.
А можно подойти к делу и с другой стороны. Весы, хотя прямо измеряют и вес, но градуированы в единицах массы. И тогда речь идет о том, что, уходя от условий, пр которых прибор был калиброван, можно заставить его врать.
Ну а еще речь идет о несколько неожиданном, на первый взгляд,поведении, когда мы выкидываем часть тяготеющей массы, а сила притяжения другой массы не уменьшается, но возрастает. Ну в общем, он тут много с чем развлекается.
Dime_n_u
15.10.2022 03:44Гравитации не существует - это что-то новое...) Неужто проделки плоскоземельщиков для неокрепших умов? Есть теория mond и не доказанная как минимум потому что если бы её доказали - трубили бы везде, а те кто увлекается астрофизикой подавно знали бы об этом. Это как прочитать Пола Дэвиса "суперсила" и ходить всем доказывать, что теоретически можно забирать энергию из чёрных дыр. Забавно что шутка про вес взбудоражила такую толпу людей)
Kremleb0t
15.10.2022 09:51Мне одному показалось, что если начать копать землю и пытаться выбрасывать её в космос то вес ты снизишь намного быстрее чем вышеуказанными способами?
Ну ладно-ладно, можете не говорить что таким образом земля фактически не улетает в космос. Вот вам альтернативное решение: берём велосипед и запитываем от него генератор, который питает любую майнилку. Намайненные деньги всем миром сбрасываем на запуск самодельной ракеты в космос. Вес поднятой земли делим на число участников и получаем ответ на вопрос.
hbn3
15.10.2022 14:51что если начать копать землю и пытаться выбрасывать её в космос то вес ты снизишь намного быстрее чем вышеуказанными способами?
Особенно если делать это лопатой.
elve
15.10.2022 19:26Пример как неверные рассуждения и неверно выбранный путь решения приводят к катастрофе. Пользуйтесь головой, господа. И изучайте предметную область заранее.
MagisterLudi
16.10.2022 23:01Алё!
7й класс 1 урок по физике в средней школе
Масса — величина абсолютная, не зависящая не от чего. Масса человека на Земле — 100 кг, масса этого же человека на Луне и Юпитере — те же 100 кг.
Вес — это СИЛА, с которой тело массой Х оказывает воздействие на «поверхность планеты». Рассчитывается по формуле и зависит от расстояния и массы планеты.
MagisterLudi
16.10.2022 23:06правильный ответ — нисколько
так как масса (при классических скоростях) — величина независимая
MagisterLudi
17.10.2022 01:24Еще задачка:
«Сколько нужно ДОБАВИТЬ к массе Земли, чтобы весы показывали на 20 фунтов меньше»
gurovofficial
Гравитации не существует и всё немного не так.
Great_Beaver
Ролики по теме:
Оригинал https://youtu.be/XRr1kaXKBsU
Перевод https://youtu.be/wKXsHqExLGQ
orfelin
Силы притяжения не существует - то что вы называете гравитацией есть движение по прямой но в искривлённом пространстве-времени.
Если совсем точно - такое движение в искривленном пространстве времени выглядит для наблюдателя как гравитация.
так что вы таки правы - гравитации не существует . А минусующим следует обновить свои знания по физике
Nilomar
то что вы называете гравитацией есть движение по прямой но в искривлённом пространстве-времени.это зависит исключительно от абстракции, которой пользуются те, кто ведёт дискуссию о гравитации
если используется абстрактная модель реальности в виде ОТО, то вместо гравитации есть топология пространства-времени
если используется м-теория, то гравитон в ней представлен
Vitrehnut
Вы про центробежную силу?
DSolodukhin
Центробежной силы тоже не существует.
orfelin
Экспериментальные подтверждения есть? Какие то подтвержденные предсказания есть?
ОТО - вот, работает, и есть множество подтвержденных предсказаний и экспериментов. .
BigBeaver
Посмотрите в сторону принципа эквивалентности.
FrolVII
Минусов не существует. Минус - это плюс в соответствующим образом искривленном пространстве.
16bc
Минус это плюс, повернутый на 90 градусов вокруг горизонтальной оси. Хотя, не всё ли равно.
Torrot_rottor
Если наблюдатель не может отличить одно приближение от другого, то в чём разница?
Заменили один способ описания окружающей наблюдателя действительности на другой, дающий результаты, которые лучше соотносится с результатами опыта. И то и то наши фантазии, ограниченные их применимостью.
Разве нельзя построить теорию, дающие те же результаты, что и ОТО, в области применимости ОТО, но другие результаты там, где само ОТО не даёт достоверных ответов, при этом не используя её аксиомы?
BigBeaver
Просто некоторые люди до сих пор думают, что наука (в том числе физика) это про «как на самом деле».
livsius
Лихо вы гравитацию отождествили с движением. А если тело покоится, гравитация оисчезает?
Kolegg
Если упрощённо, то можно двигаться быстрее. Чем быстрее движение в пространстве тем медленнее течет время и меньше масса. Самый простой пример - фотон. Он имеет нулевую массу, точнее нулевой вклад массы в его общую энергию.
BigBeaver
livsius
Я вообще ничего не понял в вашем посте:
Во-первых, масса увеличивается в движущейся системе с увеличением скорости.
Во-вторых, фотон вы привели в качестве самого просто примера чего?
И в-третьих, как из движения тут гравитация-то вылезает? Вопрос в этом был.
NVnz
Если посмотреть вот с этого тайм-кода, то есть вероятность, что через пару минут ваш вопрос отпадёт) https://youtu.be/8ss9HYEIDvY?t=1250