Tu a tam se přistihnu, že přemýšlím o vědecké pravdivosti popových písní. Jsem šprt a mám rád hudbu, takže se někdy ty světy střetnou. Může být zajímavé o tom přemýšlet a samotné vyšetřování může být poučné – dokonce zábavné!
Vezměme si například píseň „I Melt with You“ od novovlnné kapely Modern English. Byl to pravděpodobně největší hit skupiny a stále se střídá na klasických rockových rádiích.
Píseň vůbec není o vědě, přesto má tyto pozoruhodné texty:
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceňované žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a nápadech, které formují náš dnešní svět.
Zastavím svět a rozplynu se s tebou
Viděl jsi ten rozdíl
A neustále se to zlepšuje
Není nic, co ty a já neuděláme
Zastavím svět a rozplynu se s tebou
Takže je to správně? Pokud planetu zastavíme (předpokládejme, že to znamená zastavení rotace Země), roztaje se? Překvapivě to dokážeme vymyslet. Klíčem je zde množství energie, které by bylo zapotřebí k doslova zastavení světa.
Energie pohybu se nazývá kinetická energie. Můžete si to představit jako množství energie, které musí být předáno masivnímu objektu, aby se pohyboval určitou rychlostí. Už máte intuitivní cit, pokud jde o známé předměty; házet baseballovým míčkem rychlostí 100 kilometrů za hodinu je mnohem snazší (bere to méně energie) než dostat auto na stejnou rychlost. A samozřejmě pro daný objekt platí, že čím vyšší je rychlost, tím více energie je potřeba k tomu, aby se dostal na tuto rychlost.
Nyní je to pro lineární, přímočarý pohyb. Je tam také rotační kinetickou energii a opět je to intuitivní: je snazší točit basketbalovým míčem než autem. V tomto případě však musíte vzít v úvahu i velikost objektu. Čím větší je, tím větší rotační energii má pro danou hmotnost a rotaci.
Spočítat tato čísla není tak těžké. (Může to být problém s domácími úkoly na střední škole.) Skutečný problém je v tom, jaká čísla použít. Musíme udělat spoustu zjednodušujících předpokladů, jinak to rychle přeroste v Ph.D. práce. Například Země není pevná, homogenní koule, ale je vrstvená. Má husté jádro, lehčí plášť a tak dále, každý s jiným složením, což vše ovlivňuje jeho celkovou spinovou energii. Přesto zde nejdeme o přesnou přesnost, jen velmi hrubé číslo, abychom viděli, kde jsme.
Při práci s rovnicemi zjistíme, že rotační energie Země je asi 200 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (2 × 1029) jouly, metrická jednotka energie. Jeden joul není mnoho – trvá asi 300 000 joulů, než se litr vody zvýší z pokojové teploty na bod varu – ale 2 × 1029nebo více než anoctillion z nich je hodně.
Pro srovnání je to asi stejné jako naši aktuální roční globální spotřebu energie– v průběhu zhruba půl miliardy let.
Tato energie je uložena v rotaci Země, která byla získána při formování naší planety před 4,6 miliardami let. Protože fyzika je obecně v pořádku s prováděním některých operací vpřed nebo vzad, znamená to, že bychom k tomu potřebovali také tolik energie zastávka aby se naše planeta netočila.
To představuje dva problémy, jak to vidím já. Jedna je, jak to udělat, a druhá, co se stane, když to uděláte.
The jak není triviální. To je fantastické množství energie. Představte si to takto: před 66 miliony let asteroid o šířce 10 km – a několikanásobku objemu Mount Everestu – narazil na Zemi rychlostí 20krát rychlejší než kulka z pušky. Jeho nesmírná kinetická energie se okamžitě přeměnila na teplo a vytvořila kolosální explozi, která vyhloubila kráter o průměru 200 km, vyhladila nenámořské dinosaury a vytvořila globální ekologickou katastrofu, z níž se vzpamatovávalo miliony let. A přesto celková energie uvolněná při této události byla asi 1023 jouly nebo přibližně miliontina rotační kinetické energie Země.
Jinými slovy, pokud chcete zastavit rotaci naší planety tím, že na ni narazíte asteroidy (namířené jen tak abyste zajistili maximální brzdnou sílu), museli byste znovu provést dinosauří zabijácký náraz a poté jej opakovat 999 999krát.
Nejsem biolog, ale zdá se, že tento proces by mohl být škodlivý pro život na Zemi.
Ale toto asteroidní řešení našeho myšlenkového experimentu přináší dobrou věc: změna energie objektu obvykle vede k jeho zahřátí. Zkuste zastavit rotující basketbalový míč pomocí tření z ruky a znatelně to zahřeje vaši pokožku. Udělat to pro Zemi by rychle vypustilo všechno to teplo do samotné planety (a mít další závažné katastrofické následky). Možná vidíte, kam to směřuje.
Kolik energie by tedy bylo zapotřebí k roztavení Země? To je velmi obtížné vypočítat, ale fyzikové naštěstí udělali část práce. V Encyklopedie sopek, energie k roztavení pouze zemského pláště – který je ve skutečnosti pevnou látkou a nikoli kapalinou – je asi 3 × 1030 jouly. (Zajímavé je, že k roztavení pevného vnitřního jádra Země by bylo zapotřebí přibližně stejné množství energie.) To je více než desetkrát větší než rotační energie Země, takže hned máme odpověď: zastavit svět zvyklý roztavit – alespoň ne úplně.
Co kdybychom to omezili pouze na zemskou kůru, protože tam všichni žijeme? Na základě několika rychlých předpokladů (např. že se jedná o 10 km silný žulový plášť) počítám, že asi 1030 K úplnému zkapalnění kůry by byly potřeba jouly zahřívání (i když jsem viděl poněkud nižší odhady). Takže tání kůry je ošemetné, i když to není tak, že by Země byla poté obyvatelná; oceány by se s takovým množstvím energie, která by do nich byla nahromaděna, snadno uvařily.
Je možné opustit Zemi, aniž bychom ji příliš zahřáli? Možná, když to uděláte pomalu: například byste mohli namontovat raketové motory tak, aby jejich obchodní konce směřovaly na východ, a pak je zapálit. Výpočet na zadní straně obálky naznačuje, že raketa Falcon 9 může generovat asi bilion joulů energie, takže pokud jich nastavíte milion a necháte je nepřetržitě hořet po dobu několika milionů let, můžete zastavit rotaci Země. Opět by to mohlo mít nějaké negativní dopady na životní prostředí (stejně jako problémy s palivem). Raději se informujte u příslušných federálních regulačních úřadů.
Přesto možná potřebujeme rozšířit to, co rozumíme slovem „stop“. Kdyby moderní angličtina znamenala zastavení Země na své oběžné dráze kolem Slunce, kolik energie by to stálo? To je ve skutečnosti mnohem jednodušší spočítat, protože známe hmotnost Země (6 × 1024 kilogramů) a orbitální rychlost (30 000 metrů za sekundu): neuvěřitelných 3 × 1033 jouly. To nestačí jen k roztavení Země skrz naskrz, ale také k jejímu odpaření! Doslova vyhodit do povětří svět, Styl Hvězdy smrti„jen“ trvá asi 1032 jouly, takže zastavení studené planety na její orbitální dráze by skutečně způsobilo, že by byl náš svět velmi, velmi horký. V tomto scénáři je píseň ve skutečnosti podhodnocující případ.
Závěr: V závislosti na tom, jak skladbu interpretujete, můžete skutečně rozpustit svět tím, že ji zastavíte. Přinejmenším to způsobí vážné škody – nebo, jak to vyjádřila moderní angličtina ve své hitové písni: „Viděl jsem, jak se ti celý svět zhroutil kolem obličeje.“
Viděl jsem rozdíl, ale určitě ano ne stále lepší.
Můj dík patří mému příteli Michael Walter, ředitel Carnegie Science Earth & Planets Laboratory, za jeho pomoc s tavením zemského pláště.
