Що станеться, якщо голку зі швидкістю світла спрямувати з космосу на Землю

Якщо голку розігнати майже до швидкості світла й спрямувати на Землю, дірки в землі не буде — голка до неї просто не долетить.

Точно до швидкості світла розігнати голку не можна: що ближче до швидкості світла, то більше енергії потрібно на кожен наступний крок, а на останній знадобилася б нескінченна. Тому йдеться завжди про «майже» — 99% швидкості світла, 99,99%. І навіть на це доведеться витратити не менше енергії, ніж голка потім принесе.

Звичайна голка важить лише 0,1 грама — а несе енергію метеора

Звичайна голка для ручного шиття — завдовжки близько 37 мм і завтовшки 0,7 мм — важить приблизно 0,1 грама. На 99% швидкості світла така голка несе близько 13 кілотонн у тротиловому еквіваленті, на 99,99% — близько 150 кілотонн, майже як великий метеор, що вибухнув у повітрі. Якщо перевести в електроенергію: на 99% це стільки, скільки вся Україна разом із заводами витрачає у звичайний рік приблизно за 50 хвилин.

Повітря над голкою важить у 35 разів більше, ніж вона сама

Над кожним квадратним сантиметром землі — близько кілограма повітря. Голка тонка, її переріз у сотні разів менший за квадратний сантиметр, і, якщо вона летить вістрям уперед, на її шляху — стовп повітря вагою близько 4 грамів. Це в 35 разів більше, ніж важить вона сама. Якщо летить боком — у тисячі разів більше.

Для порівняння: бейсбольний м'яч на 90% швидкості світла, за розрахунком із книжки Рендалла Манро «А що, як?..», повітря розбиває майже повністю за 18 метрів польоту біля землі — до того м'яч пробиває менше повітря, ніж важить сам. Тому цілою до землі голка не долетить — вона розсиплеться ще у стратосфері, за кілька десятків кілометрів над землею. Із землі побачать спалах у небі й світіння повітря. Кратера не буде.

Схоже вже траплялося. 18 грудня 2018 року над Беринговим морем на висоті близько 26 км вибухнув метеор з енергією близько 173 кілотонн у тротиловому еквіваленті — майже як наша голка на 99,99% швидкості світла. Вибухнув він високо й над безлюдним морем, тому на землі нікому не загрожував.

Щоб розколоти Землю, голці потрібно 39 дев'яток після коми

Щоб рознести речовину Землі, потрібно приблизно стільки енергії, скільки Сонце випромінює за тиждень. Звичайній голці для цього довелося б летіти зі швидкістю 0,999… швидкості світла, де після коми 39 дев'яток.

Голка без грама урану влаштує в небі ядерні реакції

На такій швидкості повітря не встигає ні стиснутися, ні розступитися, і ядра атомів голки врізаються прямо в ядра азоту й кисню, з яких складається повітря. Сили, що тримають голку цілісною, тут не мають жодного значення: голка ніби розсипається на окремі ядра, і кожне б'ється об повітря саме собою.

Під час таких ударів ядра розколюються. Уламки летять далі й розбивають наступні ядра, народжуються нові частинки та гамма-промені — виходить лавина, або злива частинок. Енергію голка здобула завдяки швидкості, а не поділу урану, але віддає її повітрю через ядерні реакції.

Такі «голки» прилітають із космосу щодня

На Землю постійно падають частинки з космосу — протони та ядра атомів — майже зі швидкістю світла. Їх називають космічними променями. Вони так само врізаються у верхні шари атмосфери, розбивають ядра кисню й азоту, і в небі розсипається злива частинок, а від найпотужніших променів — із мільярдів частинок.

Найпотужнішу з них упіймали 1991 року в США й охрестили «Oh-My-God» («Боже мій»). Одна-єдина частинка несла енергію бейсбольного м'яча, кинутого зі швидкістю близько 100 км/год. У повітрі вона розсипалася приблизно на 240 мільярдів частинок. Звичайна голка на 99% швидкості світла несла б енергії в трильйон разів більше.

Крізь вашу долоню щосекунди пролітає уламок від такого удару

Із частинок зливи, які залишають слід, до землі найбільше долітає мюонів — це родичі електрона, тільки важчі. Народжуються вони на висоті близько 15 км. Біля землі через кожен квадратний сантиметр пролітає приблизно один мюон на хвилину, а через долоню — приблизно один на секунду. Вони невидимі й нешкідливі.

Мюони долітають до нас лише тому, що для них сповільнюється час

Мюон живе лише 2,2 мільйонної частки секунди, а потім розпадається. А щоб пролетіти 15 км навіть зі швидкістю світла, потрібно у двадцять із гаком разів більше часу. До землі мюони долітають лише тому, що на субсвітловій швидкості час для них плине повільніше — теорія відносності працює в нас над головою щосекунди.