Iako je finska tradicija posjećivanja Djeda Božićnjaka (i možda ponekog jelena) na brodu Concorde, njegov stvarni let u noći na Badnjak zahtijeva puno rada i puno priprema. Koliko znamo o znanosti o Djedu Mrazu, evo kako to on radi. (ERIC CHRETIEN / GAMMA-RAPHO VIA GETTY IMAGES)

Ovako se Djed Mraz može za jednu noć predstaviti cijelom svijetu

Kako u svijetu ima 1,6 milijardi kućanstava kako to čini Djed? S malo božićne magije ... i puno znanosti!

Kako to čini Djed Mraz? U jednoj dugoj noći, snažni i stariji muškarac, opremljen čarobnom saonicom i osam letećih gmazova, dostavlja igračke djeci u svako kućanstvo širom svijeta.

Jedini ulov? Moraju vjerovati u njega.

Morate se zapitati može li to fizički biti moguće. Ako je imao ispravnu tehnologiju i tehniku, bi li Djed Mraz mogao sve ove isporuke izvršiti? Sa sada većim brojem od 7 milijardi ljudi u svijetu, to je teži posao nego ikad Djedu Mrazu. No snagom znanosti - a možda i malo božićne magije - Djed Mraz je više nego izazov.

Prema posljednjem (2013) istraživanju Pewa na tu temu, samo 31% kućanstava

Evo što Djed Božićnjak mora živjeti s obzirom na broj domaćinstava koje mora dosegnuti i prosječnu udaljenost između njih.

  • Prema Wikipediji i ekstrapoliranju za rast stanovništva od datuma istraživanja, u svijetu postoji oko 1,6 milijardi kućanstava.
  • Budući da Zemlja ima oko 25 milijuna četvornih milja (65 milijuna četvornih kilometara) useljive zemlje, prosječna udaljenost između bilo koja dva domaćinstva je približno 0,138 milja (0,225 km).
  • I, barem u Sjedinjenim Državama, Djed Mraz će se „pretvarati“ da će posjetiti 31% domaćinstava u bilo kojoj godini. (Izgleda da se zgražavam prema vašoj hladnokrvnoj skeptici, Pew.)

Sve u svemu, Djed Mraz je odgovoran za isporučivanje poklona za oko 500 milijuna kućanstava, sa srednjim odvajanjem koji naraste na 0,205 milja (0,33 km) kada račune za kuće koje Djed Mraz ne može posjetiti.

NORAD, Sjevernoamerička zapovjedništvo zrakoplovne obrane, obavlja brojne dužnosti u zračnom prometu preko sjevernoameričkog kontinenta, uključujući preuzimajući odgovornost za dopunjavanje boraca koji prolaze borbene vježbe i obuku (kao što je prikazano ovdje), kao i praćenje Djeda Mraza, što oni rade svake godine bez promašaja generacijama. (KENN MANN / USAF / GETTY SLIKA)

Iako to zbroji puno posjeta i jako puno udaljenosti za putovanje, Djed Mraz nema puno vremena da sve postigne. Počevši od zalaska sunca na Badnjak na jednoj strani međunarodne datumske crte (u Rusiji) i završavajući malo prije izlaska sunca na Božićni dan s druge strane (na Aljasci), Djed Mraz ima barem prednost što je blizu zimskog solsticija, što daje mu malo više vremena u sjevernoj hemisferi.

Zbog vremenskih zona, međunarodne datumske crte i varijacija vremena zalaska / izlaska sunca / zemljopisnih širina između mjesta i zemljopisnih širina, Djed Mraz se završava s najviše 42 sata kako bi pogodio tih pola milijarde domaćinstava. U tom kratkom vremenu Djed Mraz mora obaviti sljedeće zadatke:

  • putovati do svake kuće, prosječna udaljenost 0,33 kilometra od prethodne kuće,
  • napusti svoje saonice i uđe neopaženo u kuću,
  • dostaviti sve poklone,
  • jesti sve zalogaje koji su mu preostali,
  • a zatim ostavite kuću neotkrivenu, montirajte saonice i krenite prema sljedećoj kući.
Djed Mraz predao je poklone diljem svijeta, a viđenja su zabilježena na čak neočekivanim mjestima, poput Djeda Mraza u Starom gradu Jeruzalema u Izraelu. (Getty)

Zamisao da bi jedna osoba mogla obaviti sve te zadatke nekih 500 milijuna puta u razdoblju od 42 sata čini se zastrašujući izazov. (Zapravo, bezbrojni roditelji djece koja su ikad vjerovala u Djeda Mraza mogu pružiti svjedočanstva o tome kakav je izazov za jedno kućanstvo!) No Djed Mraz nije sputavan tim monumentalnim zadatkom.

Sa 500 milijuna kućanstava koje treba posjetiti i 42 sata za obavljanje poslova, to znači da Djed Mraz ima svega 300 mikrosekundi (0.0003 sekundi) da ispuni sve što je potrebno za kućanstvo.

Zvuk je nemoguć? Možda za normalnog čovjeka s konvencionalnom tehnologijom, sigurno. No Djed Mraz je možda i najveći svjetski znanstvenik, kao što sam nedavno rekao za Big Picture Science i SETI Institute. A ako prihvaćate znanost, trebali biste imati i vjeru u Djeda Mraza. Pogledajmo svaki prigovor koji imate.

Mnogi popularni prikazi Djeda Mraza ne uključuju ga da slijedi optimalni put koji je odredila znanost, ali to nas ni na koji način ne bi moglo zaključiti da Djed Mraz ne može obaviti posao. Zapravo, znanost nam točno govori kako bi to učinio! (KORISNIK FLICKR POVRATI BORNEMOUT I BAZEN)

1.) Nema načina da Djed Mraz tako brzo može putovati u svaku kuću. Ove brzine nisu tako loše; U usporedbi s vozilima koja smo dizajnirali, brzine kojima je Djed Božić zapravo nisu toliko brze. Barem, a ne u usporedbi s relativnošću i brzinom svjetlosti. Za pomicanje prosječne udaljenosti od kuće do kuće od 0,205 milje, pretpostavljajući vrijeme od 150 mikrosekundi (što je polovina ukupnog vremena koje je dopušteno u svakoj kući), Djed Mraz mora samo putovati brzinom od oko 1,367 milja u sekundi (2.200 km / s).

Sigurno, to bi moglo izgledati strašno brzo u usporedbi s vašim tipičnim saonicama, ili čak s vašim tipičnim automobilom, vlakom ili nadzvučnim zrakoplovom. Ali to je manje od 1% brzine svjetlosti i daleko sporije od čestica koje emitiraju radioaktivni atomi, akceleratori čestica ili čak Sunce.

Ako ispravno napajate te jelene, nema razloga za vjerovati da Djed Mraz ne može obaviti ovo putovanje od kuće do kuće u rekordnom roku.

Zasigurno bi putovanje nevjerojatno velikim brzinama s otvorenim pilotskim kabinom bilo pogubno za većinu ljudi, uključujući Djed Mraz. No, uz primjenjeni pravi tehnološki napredak, jednostavno je moguće letjeti do pola milijarde kućanstava u jednoj, ludoj noći, a da pritom uopće ne nanesete štetu. (WIKIMEDIA COMMONS KORISNIČKI GLOGGER)

2.) Nema šanse da otvoreni saonice - i Djed Mraz - mogu podnijeti generiranu toplinu ili ubrzanje. Prvo, tu je zamjerka topline. Kretanje tim velikim brzinama, sile trenja same atmosfere mogle bi biti katastrofa; jedino što smo upoznati s sudarom atmosfere pri toj brzini su meteori i sateliti koji ponovno ulaze u atmosferu.

Djed Božićnjak trebao bi se rasipati negdje kako bi izdvojilo nekoliko trilijuna Joula topline svake sekunde putovanja, što je ogromna količina. Bez ikakve zaštite, mogli biste očekivati ​​da će Djed Mraz, koji prolazi kroz atmosferu pri brzini meteorskog tuša, izgorjeti kao i satelit tijekom ponovnog ulaska.

Astronaut Bob Crippen s kapsulom Blizanci-B, te jako ožiljkanim i oštećenim (ali netaknutim!) Toplinskim štitom. Vrlo je teško preživjeti ponovni ulazak u atmosferu brzinama čak i nižim od onih s kojima bi se Djed Mraz vjerojatno susreo, ali možda će nam tehnologija sjevernog pola pružiti upravo ono što trebamo. (NASA / KIM SHIFLETT)

Ali postoje dva načina:

  • Mogao je imati toplinski štit koji štiti i jelena i sebe, dopuštajući mu slobodno putovanje. Međutim, ovo je problem, ako razmatramo otvorene saonice, koje neće ostaviti jahača zaštićenim definicijom. Ali druga bi mogućnost mogla nadvladati čak i ovo.
  • Mogao je imati tako aerodinamično napredno vozilo da je zrak pred sobom uglavnom evakuiran, ostavljajući samo lagani povjetarac. Provjerite ima li Djed Božićnjak za kisik, a mi smo dobri.

Ubrzanja su malo grublja, imajte na umu. Kretanje od 0 do 60 milja na sat u desetini sekunde katastrofa je za većinu ljudi; ispucali biste (ili još gore) od ubrzanja. To pretpostavlja da imate samo 27 g sile, pri čemu je 1 g ubrzanje zbog Zemlje. No Djed Božićnjak, za postizanje prosječne brzine putovanja od kuće do kuće, zahtijeva 1,5 milijardi gs.

Čak i ako smatramo da je većina svjetske populacije koncentrirana u urbanim područjima, ubrzanje i usporavanje tijekom putovanja od krova do krova bi bilo katastrofalno u ovim kratkim vremenskim intervalima.

Rekord ljudske izdržljivosti u kratkim vremenima je 83 g, a major John Beeding na raketnim sankama. Ideju da ljudi mogu podnijeti ove nevjerojatne ubrzanja / usporavanja pokrenuo je John Stapp, koji je svoje uređaje testirao na sebi 40-ih i 1950-ih.

No Djed Mraz nije osuđen na te ograničenja; on jednostavno treba provesti ispravno rješenje. Potrebno je samo kako bi preživio ovo putovanje ovim brzinama i ubrzanjima način da njegova krv normalno teče tijelom. Dovoljno pod pritiskom odijelo, u kombinaciji s biološkim sustavom turbina koji je daleko moćniji od ljudskog srca, to bi lako mogao učiniti.

Sigurno da biološka modifikacija nije ono na što mislite kada pomislite na Djeda Mraza, ali sigurno je da sreća djece diljem svijeta vrijedi malo operacije zamjene organa?

Astronaut Stephen K. Robinson, specijalist misije STS-114, usidren za oslonac za noge na Canadarm2 Međunarodne svemirske stanice, sudjeluje u trećem zasjedanju izvanvetikularnih aktivnosti misije (EVA). Takav usidreni mehanički uređaj lako bi se mogao spojiti na sanjke za Djeda Mraza, ali fizika nudi još bolju opciju. (NASA)

3.) Kako je Djed Mraz mogao tako tiho ući u sve te kuće i nikad ne ostaviti tragove? Stealthy nije baš slika koju imate na umu kada mislite na prekomjernu tjelesnu težinu, starijeg muškarca koji putuje svijetom i nosi čizme. Možda bi bilo primamljivo razmišljati o smještanju Djeda Mraza unutra kroz mehanički uređaj - bilo kroz dimnjak, prozor ili drugo mjesto ulaska - ali zakoni fizike nude još bolju opciju.

U kvantnom Svemiru, međutim, postoji ograničena vjerojatnost da ako ste na jednoj strani prepreke i naiđete na nju, nećete je jednostavno udariti u nju ili odskočiti. Umjesto toga, možete jednostavno proći kroz drugu stranu. Poznato je da se ovaj fenomen kvantnog tuneliranja događa i trebao bi rezultirati ograničenom vjerojatnošću da čak i makroskopski objekti to učine, iako s vrlo malom vjerojatnošću.

Kad se kvantna čestica približi prepreci, najčešće će s njom komunicirati. Ali postoji ograničena vjerojatnost da se ne odražava samo preko barijere, već i probijanje kroz nju. Ako bi Djed Mraz iskoristio tu mogućnost, to bi bila čistija, sigurnija i superiornija opcija za spuštanje dimnjaka. (ZAJEDNICE YUVALR / WIKIMEDIA)

Je li Djed Mraz u potpunosti svladao kontrolu nad tim fenomenom? Najelegantnije je rješenje teškoga problema koji omogućuje Djedu Mrazu da:

  • ući u bilo koju kuću po volji,
  • donesite unutra sve što je želio,
  • ostavi koje god poklone želi gdje god je odabrao,
  • a zatim izađi, samo sa sobom, da se vrati na svoje saonice.

Kako je najveći znanstvenik u povijesti čovječanstva, nikad se ne bih kladio protiv Djeda Mraza.

Jednostavnim dolaskom s poklonima na odgovarajuća mjesta, isporuka božićnih poklona može biti jednako brza i jednostavna kao što je Djed jednostavno puštanje paketa koje je donio u kuću. (Getty)

4.) Kako je mogao tako brzo uručiti poklone? Dostava poklona uopće ne mora uzeti puno vremena. Sve dok Djed Božićnjak stigne na ispravno mjesto, sve što treba učiniti kako bi pravilno isporučio ove poklone je ovo: pustiti ih. Dovedite ih na malu, zanemarivu udaljenost iznad zemlje, točno ispod stabla, i tek ih otpustite.

To je to! Uz poklone isporučene, slijedi sljedeća kuća, nakon samo još jednog važnog zadatka.

Zalogaji preostali za Djeda Mraza mogu oduševiti njegove grickalice i opskrbiti njegovo tijelo gorivom, ali njihova bi istinska svrha trebala biti nabijanje jelena koji pokreću fantastični božićni let. (KORISNIK PIXABAY-a JILL111)

5.) Jedenje božićnih zalogaja. To se zapravo sjajno radi. Vidite, potrebna je ogromna količina energije - a samim tim i goriva - da biste povukli saonice prepune poklona za 500.000.000 domaćinstava širom svijeta. Naravno, možete zamisliti da su vaš leteći gmazovi već čarobni, pa bi se možda upravo oni magično mogli pobrinuti za ovo. Ali budimo umjesto toga znanstveni i sjetimo se da se sve mora pokoriti očuvanju energije, čak i Djed Mraz.

Dakle, koliko energije zaista treba za nošenje ovih poklona po cijelom svijetu?

Ako pretpostavimo da Djed Mraz ima oko 4,5 kilograma (2,0 kilograma) poklona za dostavu u svaku kuću, koji zbroje oko milion metričkih tona poklona na njegovim potpuno natovarenim saonicama. (Svjetlost postaje sve lakša kako noć prolazi.) Ovo je otprilike 4.000 puta veću nosivost najvećeg zrakoplova na Zemlji: Antonova An-255, koji se koristi za prijevoz svemirskog šatla.

Avion koji može podići najteži teret je kozak Antonov An-225 Mriya, prikazan ovdje kako se vuče na tlu, sa sovjetskim svemirskim brodom Buran na leđima. Ovaj avion pokreće gorivo na bazi kemikalija, koje je samo 0,001% efikasno u svojoj masi. (GETTY)

Raketno gorivo je skupo, naravno, ali je i neučinkovito! Samo oko 0,001% mase raketnog goriva prelazi u energiju; ostalo je jednostavno izgubljeno, mrtva težina. Ali što ako Djedov djed Mraz - stvarna snaga koja stoji iza epskog leta Djeda Mraza - može pretvoriti to mlijeko i kolačiće u energiju putem Einsteinove E = mc²?

Iznenađujuće, malene, male količine mase u čak jednom malom kolačiću mogu napajati Djeda i sve igračke na svijetu od jedne do druge kuće, jer je E = mc² 100% učinkovit. Ostaci su, naravno, svi za Božićno uživanje.

Čuvena fotografija

Naravno, postoje mnoge izmišljene priče o Djedu Mrazu gdje se on oslanja na tehnologiju, magiju ili ubojicu pomagača, ali oni su za sumnjičare koji ne razumiju pravu snagu božićne magije. Uostalom, nikada ne smijete zaboraviti najvažniju lekciju koju smo naučili od Apolla 8, prve posade svemirske letjelice koja je izašla iz orbite niske Zemlje. Sljedeća razmjena između Kena Mattinglyja (na kontroli misije u Houstonu) i Jima Lovela (na brodu Apollo 8) prije 50 godina:

089: 32: 50 Odgovarajuće: Apollo 8, Houston. [Bez odgovora.] 089: 33: 38 Odgovarajuće: Apollo 8, Houston. 089: 34: 16 Lovell: Houston, Apollo 8, više. 089: 34: 19 Zanimljivo: Pozdrav, Apolon 8. Glasno i jasno. 089: 34: 25 Lovell: Roger. Obavijestite vas da postoji Djed Mraz. 089: 34: 31 Potpuno: To je potvrdno. Najbolji ste što znate.

Uz svu znanost koju poznajemo, postoji samo jedna misterija na koju još uvijek ne znamo odgovoriti na Djeda Mraza. Kada ima sve poklone za dostavu, kada nalazi vremena za odlazak u kupaonicu?

Starts With A Bang je sada na Forbesu, a objavljen je na Mediumu zahvaljujući našim pristalicama Patreona. Ethan je autor dvije knjige, Beyond The Galaxy i Treknology: The Science of Star Trek od Tricorders do Warp Drive-a.