Витторио Иаковелла биргән сорау
Мөгаен, пессимистлар оптимистларга караганда хаклырактыр. Кешеләр «стакан яртылаш буш» дигәндә, гадәттә, стаканда тигез өлештә су һәм һава барлыгын күз алдында тоталар.
Кагыйдә буларак, оптимистлар стаканны яртылаш тулы дип күрә, ә пессимистларга ул һәрчак яртылаш буш булып күренә. Шуңа бәйле мәзәкләр һәм шаяртулар бихисап: мәсәлән, имеш, инженерлар стаканның үлчәмнәрен 2 тапкырга зуррак итеп күрә; сюрреалистка галстугын ашарга тотынган жираф күренә һ.б.
Ә әгәр дә стаканның яртысы чыннан да буш булса, ягъни вакуумнан торса? (Дөрес, вакуум үзе дә чын-чынлап буш түгел, ләкин бу инде квант физикасына карый торган сорау.)
Вакуум, һичшиксез, озак вакыт сакланмаячак. Ләкин нинди процесслар барачак бу вакытта? Бу, гадәттә, беркем дә бирми торган сорау белән бәйле: «Кайсы өлеш буш?»
Өч ярымбуш стаканны күз алдына китерик һәм алар белән нәрсә булсаган микросекундлап бәян итик.
Уртада «классик» стакан: су һәм һава. Уңдагысында исә һава урынында вакуум. Сул стаканның яртысында су, яртысында бушлык, ләкин бушлык аскы өлештә.
Вакуумны хисап башында дип күз алдына китерик, t=0.
Беренче берничә наносекунд аралыгында берни дә булмаячак. Бу вакытта әле молекулалар селкенми дә диярлек.
Һава молекулалары секундында бер-ике йөз метр тизлек белән тибрәнәләр. Хәлбуки, аларның кайберләре башкаларыннан тизрәк хәрәкәтләнә. Иң җитезләре секундына 1000 метр тизлек белән «чаба». Нәкъ менә алар уң як стакандагы вакуумга беренче булып керәчәкләр.
Сул стакандагы вакуумны барьерлар уратып алган, шуңа күрә һава молекулалары аңа бик тиз үтеп керә алмый. Сыек хәлдәге су, һава сыман буш урыннарга җәелергә ашыкмый. Шулай булса да, вакуум аркасында стакандагы су кайный башлый, һәм су пары буш урынга үтеп керә.
Ике стаканның да өслеге кайный башлаган арада, уң стакандагы һава эчкә үтеп керә. Сул стаканны вак-вак су тамчылары тутыра тора.
Бер-ике микросекундтан соң уң стакандагы эчкә керергә ашкынган һава вакуумны тулысынча тутырып, сыеклыкта бәрмә дулкын барлыкка китерәчәк. Стакан пыяласы җиңелчә генә вибрация бирә башлый, әмма пыяла ныклы булганга, стакан вибрациягә чыдаячак. Бәрмә дулкын судан чагылып китәчәк һәм кире өскә күтәреләчәк, шулай итеп, ул өстә хасил булган турбулентлык агымнарына үз өлешен кертәчәк.
Вакуум коллапсыннан киткән бәрмә дулкынның эше миллисекундка якын вакыт дәвам итә. Шушы кыска гына вакыт аралыгында да дулкынның көче сул яктагы ике стаканга тәэсир итәчәк. Дулкын стакан һәм су аша узганда алар чак кына бөгелә. Тагын бер-ике миллисекунд узгач дулкын кеше колагына барып җитә һәм без бик көчле шартлаган тавыш ишетәбез.
Бу вакытта сул стакан һавага күтәрелә.
Атмосфера басымы стаканга һәм суга бер төрле тәэсир итә. Без бу көчне эчкә суыру көче дип саныйбыз. Уңдагы вакуум озакка чыдамый, чөнки суырып алу эффекты стаканны күтәрерлек дәрәҗәдә түгел, ләкин һава сул стакандагы вакуумга керә алмаганга, су белән стакан бер-берсенә каршы шуыша башлый.
Кайнап торган су вакуумга бик аз микъдарда су пары тутыра. Вакуум киңлеге кими бара, ә микъдары арткан су пары исә әкренләп су өслегенә басымны көчәйтә. Ахыр чиктә, бу, нәкъ югары атмосфера басымы тәэсир иткән кебек, кайнау барышын туктачак.
Хәзер су белән стакан артык тиз хәрәкәтләнәләр һәм пар барлыкка китерергә җитешмиләр. Хисап башланып, 10 миллисекунд үткәнче, алар бер-берсенә каршы секундына бер-ике метр тизлек белән очалар. Алар арасында һава амортизациясе юк, чөнки араларында нибары берничә су пары тамчысы гына бар. Димәк, су стакан төбенә чүкеч белән суккан төсле килеп төшәчәк.
Су, чыннан да, начар кысыла, шуңа күрә бәрелүдән соң ул тышка түгелмәячәк, ә бары тик бәрмә дулкын гына хасил итәчәк. Бәрелүнең көче бик нык булып, стакан чәлпәрәмә киләчәк.
Мондый гидравлик бәрүне (аның табигате кранны япканда иске су торбасында ишетелә торган дөпелдәүгә охшаш) төрле күңел ачу чараларында кулланалар: аны физика дәресләрендә дә өйрәнәләр, бихисап студент тулай торакларында кабатлап карыйлар. Сүз шешәне төбеннән шартлатыр өчен муенына сугу турында бара.
Шешәгә сукканда, ул бик тиз арада түбән төшә. Эчендәге сыеклык, безнең очрактагы кебек үк, басымның артуына шунда ук тәэсир итәргә җитешми, нәтиҗәдә су белән төп арасында бушлык барлыкка килә. Бу дюймның бер өлеше кадәр генә бик нечкә бушлык шартлаганда, бәрмә дулкын шешәнең төбен бәреп чыгара.
Безнең очракта исә бу көчләр иң ныклы стаканнарны ватыр өчен дә җитәрлек булачак.
Стакан төбе су белән бергә аска очып төшә һәм өстәлгә килеп бәрелә. Су тирә-якка ага, бөтен якка да пыяла кисәкләре тарала. Ә аерылган өске өлеше күтәрелүен дәвам итәчәк.
Хисап башыннан ярты секунд узгач, күзәтүчеләр, кинәт шартлаган тавышны ишетеп, «дерт» итеп куялар. Аларның башлары өскә күтәрелгән стаканга ияреп, өскә карыйлар.
Стакан вак кисәкләргә таркалыр өчен җитәрлек тизлек җыя…
… бу кисәкләр исә хәзер кире өстәлгә төшәләр.
Нәтиҗә: әгәр дә дә оптимист стакан яртылаш тулы, ә пессимист стакан яртылаш буш дип әйтсә, физик өстәл астына качачак.
What If? проектыннан тәрҗемә.