Kunne du ramme en baseball, der er slået tæt på lysets hastighed?

Kunne du ramme en baseball, der er slået tæt på lysets hastighed?

Stil ind på MolecularConceptor på 5. september 2014 for at høre Randal Munroe overveje skøre matematik- og naturvidenskabelige spørgsmål som nedenstående.

Q. Hvad ville der ske, hvis du forsøgte at slå en baseball med 90 procent af lysets hastighed? - Ellen McManis



Lad os tilsidesætte spørgsmålet om, hvordan vi fik baseballen til at bevæge sig så hurtigt.

Vi vil antage, at det er en normal tonehøjde, undtagen i det øjeblik pitcheren slipper bolden, accelererer den på magisk vis til 0,9c. Fra det tidspunkt og frem forløber alt i overensstemmelse med normal fysik.

EN. Svaret viser sig at være 'mange ting', og de sker alle meget hurtigt, og det ender ikke godt for dejen (eller kanden). Jeg satte mig ned med nogle fysikbøger, en Nolan Ryan actionfigur og en masse videobånd af atomprøvesprængninger og prøvede at ordne det hele. Det følgende er mit bedste bud på et nanosekund-for-nanosekund-portræt.

Bolden ville gå så hurtigt, at alt andet ville være praktisk talt stillestående. Selv molekylerne i luften ville stå stille. Luftmolekyler ville vibrere frem og tilbage med et par hundrede miles i timen, men bolden ville bevæge sig gennem dem ved 600 million mil i timen. Det betyder, at hvad bolden angår, så ville de bare hænge der, frosne.

Ideerne om aerodynamik ville ikke gælde her. Normalt ville luft strømme rundt om alt, der bevæger sig gennem det. Men luftmolekylerne foran denne bold ville ikke have tid til at blive skubbet af vejen. Bolden ville slå så hårdt ind i dem, at atomerne i luftmolekylerne faktisk ville smelte sammen med atomerne i boldens overflade. Hver kollision ville frigive et udbrud af gammastråler og spredte partikler.**

Disse gammastråler og snavs ville udvide sig udad i en boble centreret på kandens høj. De ville begynde at rive molekylerne i luften fra hinanden, rive elektronerne fra kernerne og forvandle luften på stadion til en ekspanderende boble af glødende plasma. Væggen af ​​denne boble ville nærme sig dejen med omtrent lysets hastighed - kun lidt foran selve bolden.

Den konstante sammensmeltning foran på bolden ville skubbe den tilbage og bremse den, som om bolden var en raket, der fløj med halen først, mens den affyrede sine motorer. Desværre ville bolden gå så hurtigt, at selv den enorme kraft fra denne igangværende termonukleare eksplosion næsten ikke ville bremse den. Det ville dog begynde at tære på overfladen og sprænge små fragmenter af bolden i alle retninger. Disse fragmenter ville gå så hurtigt, at når de ramte luftmolekyler, ville de udløse to eller tre fusionsrunder.

Efter omkring 70 nanosekunder ville bolden ankomme til hjemmepladen. Debatten ville ikke engang have set pitcheren slippe bolden, da lyset med den information ville ankomme på omtrent samme tidspunkt, som bolden ville. Kollisioner med luften ville have ædt bolden næsten fuldstændigt væk, og det ville nu være en kugleformet sky af ekspanderende plasma (hovedsageligt kulstof, ilt, brint og nitrogen), der ramlede op i luften og udløste mere fusion, mens den gik. Skallen af ​​røntgenstråler ville ramme dejen først, og en håndfuld nanosekunder senere ville affaldsskyen ramme.

Hvad hvis?: Seriøse videnskabelige svar på absurde hypotetiske spørgsmål

Købe

Når det ville nå hjemmepladen, ville skyens centrum stadig bevæge sig med en mærkbar brøkdel af lysets hastighed. Det ville ramme flagermusen først, men derefter ville dejen, pladen og fangeren alle blive øset op og båret baglæns gennem bagstopperen, mens de gik i opløsning. Skallen af ​​røntgenstråler og overophedet plasma ville udvide sig udad og opad og sluge bagstopperen, begge hold, tribunerne og det omkringliggende kvarter - alt sammen i det første mikrosekund.

Antag, at du ser fra en bakketop uden for byen. Det første, du ville se, ville være et blændende lys, der langt overstrålede solen. Dette ville gradvist falme i løbet af et par sekunder, og en voksende ildkugle ville stige til en svampesky. Så, med et stort brøl, ville eksplosionsbølgen komme, rive træer op og makulere huse.

Alt inden for cirka en kilometer fra parken ville blive jævnet med jorden, og en ildstorm ville opsluge den omkringliggende by. Baseballdiamanten, nu et stort krater, ville blive centreret et par hundrede fod bag bagstopperens tidligere placering.

Major League Baseball Regel 6.08(b) foreslår, at batteren i denne situation ville blive betragtet som 'hit af pitch', og ville være berettiget til at gå videre til første base.

**Efter at jeg først havde offentliggjort denne artikel, kontaktede MIT-fysiker Hans Rinderknecht mig for at sige, at han havde simuleret dette scenarie på deres laboratoriecomputere. Han fandt ud af, at tidligt i boldens flugt bevægede de fleste luftmolekyler sig faktisk for hurtigt til at forårsage fusion, og de ville passere lige gennem bolden og opvarme den langsommere og mere ensartet end min oprindelige artikel beskrev.


Uddrag fra Hvad hvis? af Randall Munroe, der udgives af Houghton Mifflin Harcourt den 2. september 2014. Copyright © 2014 af xkcd Inc.. Brugt med tilladelse fra forfatteren. Alle rettigheder forbeholdes.