Из всех вызовов, с которыми мы сталкиваемся в процессе работы, самая сложная задача, вероятно, лежит на плечах человека в красном — Санта-Клауса. Всего за одну длинную ночь этот крепкий пожилой мужчина, имеющий в своем распоряжении только волшебные сани с запряженными в них восемью оленями, умудряется доставить игрушки детям по всему миру. Все, что вам нужно, — просто верить в него, и тогда ваши желания тоже исполнятся.
Но как такое возможно? Поскольку численность населения земли растет, а вместе с этим растет и число детей, верящих в Санту, кажется, что задача Санты становится все сложнее. Тем не менее, благодаря силе науки неизменные успехи Санты в его благородном начинании год за годом доказывают нам, что он, должно быть, сумел решить пять невероятных задач, ключи к которым до сих пор остаются недоступными современной науке и технологиям. Такова наука Санта-Клауса.
Вы когда-нибудь задумывались над тем, насколько монументальна та задача, которую Санта ставит перед собой в Рождество? Если учесть, что население планеты сегодня составляет 7,4 миллиарда человек, получается, что в мире живет около 1,6 миллиарда семей. На Рождество Санта-Клаус посетит примерно 31% из этих семей — это около 500 миллионов домов.
И эти семьи разбросаны по всей обитаемой поверхности Земли, которая занимает примерно 65 миллионов квадратных километров. Если учесть, что Санте нужно посетить около 500 миллионов домов, в среднем расстояние между любыми двумя из них составляет 0,33 километра. Стоит отметить, что на выполнение этой задачи у Санты есть приблизительно 42 часа между закатом в канун Рождества в России и восходом солнца в рождественский день на Аляске.
Если Санте необходимо посетить около 500 миллионов семей за 42 часа, он должен выполнить множество условий. Он как минимум должен:
— Перемещаться от одного дома к другому, не теряя ни секунды;
— Парковаться и выбираться из своих саней, проникая в дом незаметно;
— Доставлять все нужные подарки в каждый конкретный дом;
— Съедать угощения, которые семьи для него оставляют;
— Незаметно уходить из этого дома, снова садиться в сани и начинать все с начала.
Если в распоряжении Санты есть всего 42 часа, тогда на посещение одного дома, то есть на выполнение всех этих перечисленных выше задач, он может потратить максимум 300 микросекунд (или 0,0003 секунды). Это может показаться невозможным — по крайней мере для обычного человека, имеющего в своем распоряжении только традиционные технологии.
Но, если Санта — действительно величайший в мире ученый, тогда все встает на свои места. Ниже я подробнее расскажу о тех пяти сложных задачах, которые Санте удалось решить.
1. Перелет. Давайте поверим Санте и предположим, что в ходе своей рождественской экспедиции он тратит половину времени на перемещение от одного дома к другому. Это 150 микросекунд на каждый дом. Чтобы преодолеть расстояние в 0,33 километра за 150 микросекунд, Санте необходимо передвигаться со скоростью в 2200 километра в секунду. И это даже не максимальная скорость! Это всего лишь средняя скорость.
Разумеется, это очень высокая скорость. Это 6400 Махов, и это быстрее, чем любые сани, автомобили, поезда, сверхзвуковые самолеты и даже космические корабли. Но даже такая умопомрачительная скорость составляет всего 1% от скорости света, то есть она гораздо меньше той скорости, которую развивают частицы Солнца.
То есть, если у Санты есть подходящее топливо и достаточное количество энергии, такая скорость вполне достижима. Но, разумеется, это приводит нас к следующей проблеме.
2. Как пережить высокую температуру и ускорение. С одной стороны, независимо от того, открытые ли сани у Санты или закрытые, ему придется преодолевать невероятно высокую силу сопротивления, в результате чего сани будут очень сильно нагреваться. Подобную скорость развивают только метеоры и спутники, повторно входящие в атмосферу земли, а их участь обычно довольно печальна.
Однако достаточно прочный теплозащитный экран, установленный перед оленями, а не только перед санями, поможет рассеять тот жар, который будет возникать в результате столкновения с атмосферой на очень высоких скоростях — порядка нескольких триллионов джоулей в секунду. Если же Санта решит, что ему крайне необходим ничем не заслоняемый вид перед санями, тогда ему придется воспользоваться неким вакуумным насосом, чтобы убрать весь воздух перед оленями.
Однако ускорения — даже если нам удастся каким-то образом решить проблему сопротивления воздуха — все же останутся серьезным вызовом. Ускорение от 0 до 100 километров в час всего за 0,1 секунды обернется катастрофой для большинства людей — обычно при таких ускорениях люди просто умирают. Если на поверхности Земли гравитационное ускорение составляет 1 g, то при разгоне от 0 до 100 километров в час за 0,1 секунды ускорение составит 27 g. А Санте, чтобы достичь упомянутой выше скорости перемещения от дома к дому, нужно ускорение в 1,5 миллиарда g.
Рекорд выживания при ускорении принадлежит майору Джону Бидингу (John Beeding), который в 1954 году пережил ускорение в 83 g, находясь на борту ракеты. Однако, чтобы Санта мог пережить такое ускорение, ему вовсе не обязательно превращаться в робота-киборга. Ему просто нужно, чтобы кровь циркулировала в сосудах в нормальном режиме. Верите вы или нет, но достаточно прочный высотно-компенсирующий костюм в сочетании с турбонасосным агрегатом, более сильным, чем человеческое сердце, позволит Санте оставаться в сознании.
Когда вы думаете о Санте, вы вряд ли представляете себе какие-то биологические модификации, однако счастье множества детей по всему миру, несомненно, стоит того, чтобы пережить небольшую операцию по замене органов.
3. Как попасть в каждый дом. Проникновение в дома через миллионы каминов, во многих из которых горит жаркий огонь, — не говоря уже о тех домах, где никаких каминов нет, — это, несомненно, сказки из далекого прошлого. Буровая установка с механическим приводом тоже заключает в себе массу проблем. И мы точно не хотим опускаться до упоминаний о «рождественском чуде», комментируя приемы Санты. В данном случае наука снова предлагает нам вполне правдоподобный ответ.
В квантовой вселенной существует конечная вероятность того, что, когда какая-либо масса сталкивается с барьером конечной толщины, она может просочиться на другую сторону, вместо того чтобы разбить барьер или перепрыгнуть его. Этот феномен, известный как квантовое туннелирование, действительно существует, и его вероятность можно просчитать. Если Санта освоил приемы квантового туннелирования, он с легкостью может:
— Проникать в дома,
— Заносить вовнутрь все, что ему заблагорассудится,
— Выполнять все свои задачи,
— Выходить из домов и возвращаться к саням.
Когда наука в деле, не стоит делать ставки против Санты.
4. Доставка подарков. Этот шаг не должен занимать много времени. Если Санта делает все правильно и попадает в нужное ему место — под елку или к аккуратно развешенным носкам, это может стать практически мгновенным процессом. Если вы оказываетесь в правильном месте с теми подарками, которые вы хотите доставить, все, что вам нужно сделать, — просто выпустить их из рук.
В идеале Санта поднесет завернутые подарки на небольшом расстоянии от земли прямо под елку или рядом с ней и отпустит их. Такова одна из двух главных задач Санты, которые он должен выполнить в каждом из 500 миллионов домов: доставить подарки. Если Санта прибывает к дому без проблем и вовремя, попадает вовнутрь и оставляет подарки под елкой, он готов уйти. И тут возникает еще одна задача, которая, вполне возможно, является самой важной из всех.
5. Нужно съесть рождественские угощения. В отсутствие этого источника энергии у Санты и его команды оленей, вероятно, не будет достаточного количества топлива, чтобы облететь весь мир и посетить полмиллиарда домов. Санта должен носить с собой тяжелые мешки — миллионы тонн подарков — чтобы осчастливить всех детей. И он должен протащить этот вес на 100 миллионов километров.
Все во Вселенной, даже Санта-Клаус и его олени, должны подчиняться закону сохранения энергии. Предположим, что средний вес подарков для каждого дома составляет около 2 килограммов. Тогда общий вес всех подарков в 4 тысячи раз превосходит максимальную загрузку самого большого в мире грузового самолета — Ан-225, который много лет использовался для доставки космических шаттлов из точек приземления в пункты назначения.
Но, в противовес ракетному топливу, у которого только 0,0001% массы переходит в энергию, Санта (и его олени) могут использовать самую знаменитую формулу Эйнштейна — E=mc2, — чтобы превращать массу в энергию со 100-процентным КПД. Крошечная масса, содержащаяся в каждом маленьком печенье весом всего в несколько граммов, позволит Санте и его огромному грузу перемещаться от одного дома к другому благодаря неукротимой эффективности эквивалентности массы и энергии.
Неважно, оставляете ли вы Санте печенье и молоко, крендельки и пиво, сыр и крекеры, эгг-ног и фруктовый кекс, результат тот же: у всего этого есть масса, которую можно превратить в энергию. Имея в своем распоряжении эту энергию, Санта может не только завершить свое путешествие, но и накормить всех людей, оленей и эльфов. Из своего ночного путешествия он может привезти достаточно угощений, чтобы обеспечить ими всех и в нерождественский сезон.
Действительно, большинство людей, рассказывающих историю Санта-Клауса, не задумываются о научной подоплеке этой рождественской истории, предпочитая опираться на сказки, чудеса и рождественское волшебство. Однако мифические технологии, армия помощников и магия — это те истории, которые мы рассказываем, чтобы скрыть настоящий секрет ежегодного путешествия Санты, а именно те научные прорывы, которые ему удалось совершить в одиночку.
Что приводит нас к самому важному вопросу: Санта-Клаус настоящий? Ответ на этот вопрос многие искали в своем воображении, но все изменилось 51 год назад, когда люди облетели вокруг Земли на борту «Аполлона-8». Ниже приведен диалог между Кеном Мэттингли (Ken Mattingly), находившимся в Центре управления полетами в Хьюстоне, и Джимом Ловеллом (Jim Lovell) на борту «Аполлона-8».
089:32:50 Мэттингли: «Аполлон-8», вызывает Хьюстон. [Нет ответа.]
089:33:38 Мэттингли: «Аполлон-8», вызывает Хьюстон.
089:34:16 Ловелл: Хьюстон, «Аполлон-8» на связи.
089:34:19 Мэттингли: Привет, «Аполлон-8». Сигнал отличный.
089:34:25 Ловелл: Роджер. Информирую вас, что Санта-Клаус есть.
089:34:31 Мэттингли: Так точно. Вам лучше знать.
Счастливого Рождества и веселого Нового года всем вам! Осталась только одна загадка о Санте, которую науке предстоит решить: как он ходит в туалет? Однако решение этой загадки лучше всего отложить до 2020-х годов.
