Răspunsuri științifice serioase la întrebări ipotetice absurde

Îmi plac întrebările ridicole, pentru că nu ne așteptăm să știe cineva răspunsul, ceea ce înseamnă că e OK să fii nedumerit. Cîteodată, întrebările simple se dovedesc a fi, în realitate, neașteptat de grele. De ce ți se ridică părul măciucă, de fapt, cînd îți freci un balon de cap? Răspunsul uzual, la ora de fizică de la școală, este că electronii sînt transferați dinspre părul tău spre balon, lăsîndu‐ți firele de păr încărcate cu o sarcină electrică pozitivă. Firele încărcate electric se resping unele pe celelalte și stau depărtate de cap. 

Numai că... de ce electronii se transferă dinspre păr spre balon? De ce nu se duc în direcția opusă? Asta‐i o întrebare excelentă și răspunsul e că nimeni nu știe. Fizicienii nu au nici o teorie generală bună care să explice de ce unele materiale intrate în contact cu ceva își lasă electronii de la suprafață să cadă, pe cînd altele îi culeg de pe ceva‐ul cu care au intrat în contact. Acest fenomen, numit încărcare electrostatică sau efect triboelectric, este un domeniu de studiu al cercetării de vîrf.

Același tip de știință se folosește pentru a răspunde și la întrebările serioase, și la cele caraghioase. Încărcarea electrostatică este importantă ca să înțelegem cum se formează fulgerele în timpul furtunilor. Numărătoarea particulelor subatomice din organisme este un lucru pe care îl fac fizicienii cînd elaborează modele pentru riscurile iradierii. Cînd încerci să răspunzi la întrebări neserioase, se prea poate să ai nevoie de știință serioasă. 

Și, chiar dacă răspunsurile nu folosesc la nimic, e distractiv să le știi. Cartea What if? 2 cîntărește cît electronii din doi delfini. Informația asta nu folosește probabil la nimic, dar eu sper să vă facă plăcere oricum. 

Trei întrebări

Anvelopele de cauciuc ale milioanelor de automobile și camioane au inițial grosimea de peste un centimetru, apoi ajung să fie aproape tocite. Ar trebui să vedem cauciuc peste tot sau măcar șoselele noastre să aibă carosabilul mai gros. Unde‐i tot cauciucul care s‐a desprins din roți? (Fred)

Bună întrebare! Tot acest cauciuc trebuie să fie undeva și nici una dintre variante nu sună prea grozav. Putem să estimăm cît cauciuc pierde o roată – diferența dintre o anvelopă nouă și una uzată, „tocită” – cu ajutorul unui calcul simplu:  Pierderea de cauciuc = Diametrul anvelopei × Lățimea profilului × π × (Grosimea nouă – Grosimea tocită) ≈ 1,6 kilograme. Asta înseamnă peste un kilogram de cauciuc, adică destul de mult; s-ar putea să fie între 10% și 20% din volumul total al anvelopei. 

Dacă o anvelopă parcurge 96.560 de kilometri pînă să se tocească, asta înseamnă că lasă în urma ei echivalentul unei benzi de cauciuc groase de aproximativ un atom. În practică, acest cauciuc nu se distribuie uniform. El se desprinde din anvelopă sub formă de particule microscopice și de fărîmițe, iar ocazional se întîmplă să se rupă în cantități mai mari deodată. Dacă șoferul pune brusc o frînă violentă și derapează, roțile lasă deseori în urma lor niște dîre de cauciuc îndeajuns de groase încît să le vezi cu ochiul liber. 

Pe o bandă de autostradă deosebit de aglomerată s-ar putea să circule pînă la 2.000 de mașini într-o oră. Dacă tot cauciucul pierdut ar rămîne pe suprafața benzii, carosabilul și-ar mări grosimea cam cu un micron pe zi sau cu o treime de milimetru pe an. 

De fapt, ar fi minunat dacă tot cauciucul din roți chiar ar rămîne efectiv lipit pe șosea, cel puțin din punctul de vedere al protecției mediului, dar nu se întîmplă așa în cea mai mare parte. Particulele eliberate în timp ce mașinile rulează în regim normal sînt deseori suficient de mici ca să plutească prin aer sau sînt îndepărtate de pe suprafața drumului din cauza vîntului, a ploii și a trecerii altor mașini. Duse de vînt, aceste particule de cauciuc plutesc de pe șosele și sfîrșesc pînă la urmă în aer, în praf, în rîuri și oceane, în pămînt și în plămînii noștri. 

Faptul că respirăm tot acest cauciuc din roți probabil că nu ne face extraordinar de bine la sănătate și nici mediului nu-i face prea bine. Particulele de cauciuc din roți sînt o sursă importantă de microplastice în rîurile și oceanele noastre, unde afectează dinamica chimică a apei și sînt deseori înghițite de animalele marine. Se fac tot timpul studii pe tema efectelor produse de microplastice – de exemplu, în 2021, un studiu a constatat o legătură între extincția somonului din Pacificul de Nord-Vest și prezența în apa de ploaie a unei substanțe chimice provenite din cauciucul de anvelopă. 

Deșeurile din cauciuc de anvelopă constituie o problemă greu de rezolvat. Am obținut reduceri ale unor surse de particule din plastic în mediul natural – multe țări au interzis microparticulele de plastic din produsele cosmetice –, dar emisiile de cauciuc nu par să aibă o soluție rapidă.

Ar putea un om să mănînce un nor întreg? (Tak)

Nu dacă nu ți se permite să storci tot aerul din el mai întîi. Norii sînt făcuți din apă, care este comestibilă. Sau buvabilă, bănuiesc. Potabilă? Eu niciodată n-am știut sigur unde cade linia de demarcație dintre mîncat și băut.

Norii conțin și aer. Noi de obicei nu punem aerul la socoteală cînd ne gîndim la mîncare, pentru că ne iese din gură în timp ce mestecăm și – în unele cazuri – la puțin timp după ce am înghițit. 

Firește că poți să-ți bagi în gură o bucată de nor și să înghiți apa pe care o conține. Problema este că va trebui să lași aerul să iasă cumva afară – dar aerul care a trecut prin interiorul corpului tău va fi absorbit multă umezeală. Cînd îți iese din gură, va lua cu el umezeala aceea, iar cînd dă peste aerul mai rece din nor, va face condens. Cu alte cuvinte, dacă încerci să mănînci nor, o să rîgîi nor afară din gură mai repede decît poți să-l înghiți. 

Dar, dacă poți să aduni picăturile la un loc – eventual cernînd norul printr-o sită deasă și storcîndu-l bine sau ionizînd picăturile și colectîndu-le pe sîrme încărcate electric –, atunci indubitabil că ai putea să mănînci un norișor mititel. 

Un nor pufos cumulus de mărimea unei case conține cam un litru de apă lichidă sau 2-3 pahare mari pline, ceea ce echivalează cu volumul pe care poate să-l înmagazineze dintr-o singură dată stomacul uman. N-ai putea să mănînci un nor uriaș, dar neîndoios că ai putea să mănînci unul dintre norii aceia cît o casă, care umbresc Soarele timp de o secundă sau două cînd trec pe deasupra capului tău. 

Un nor este cam cel mai mare lucru pe care l-ai putea mînca la o singură masă. Nu există prea multe lucruri care să fie mai pufoase și cu densitatea mai mică. Frișca bătută pare să fie destul de spumoasă, dar are 15% din densitatea apei, deci 4 litri de frișcă ar cîntări puțin peste o jumătate de kilogram. Chiar și ținînd cont de tot aerul care ar scăpa afară, tot n-ai putea să mănînci decît o găletușă. Vata de zahăr, unul dintre alimentele care seamănă cel mai bine cu un nor, are o densitate foarte scăzută – cam 5% din cea a apei –, ceea ce înseamnă că, teoretic, ai putea să mănînci cam 0,02 metri cubi de vată de zahăr deodată. Asta n-ar fi în mod necesar o chestie sănătoasă, dar măcar ar fi posibilă. Totuși, chiar dacă ți-ai petrece toată viața mîncînd vată de zahăr, n-ai fi în stare să consumi un volum cît o casă, mai ales că mîncatul a nimic altceva decît vată de zahăr ar avea probabil un efect asupra speranței tale de viață. 

Presupunînd că loțiunile de protecție solară SPF își fac efectul așa cum se pretinde, de cît SPF ai avea nevoie pentru o călătorie de o oră pe suprafața Soarelui? (Brian și Max Parker)

Cînd o loțiune de protecție solară zice că are SPF 20, înseamnă că ar trebui să lase să pătrundă doar 1/20 din razele ultraviolete ale Soarelui, permițîndu-ți să stai în lumina Soarelui de 20 de ori mai îndelung pînă să te arzi.

E foarte cald în apropierea Soarelui. Aproape de suprafață, intensitatea căldurii și a radiației este de aproape 45.000 de ori mai mare decît aici unde orbitează Pămîntul, deci ai avea nevoie de un ecran SPF 45.000 doar ca să contracarezi acest efect. De asemenea, în spațiu există mai multă radiație UV în general, la care vei fi expus, dat fiind faptul că nu mai beneficiezi de atmosfera Pămîntului care să te protejeze. 

Dacă astronauții nu ar avea costume speciale care să blocheze razele UV, s-ar bronza mult mai repede decît aici, pe Pămînt. (Circulă povești cum că Gene Cernan, astronaut pe misiunile Apollo, și-a sfîșiat destule straturi izolatoare din costumul lui spațial ca să capete o arsură solară nasoală pe șale.)

Amestecul de lungimi de undă în spațiul cosmic este un pic diferit de cel care se manifestă la suprafață, dar indicele UV global din spațiu s-ar putea să fie de vreo 30 de ori mai mare decît cel dintr-o zi însorită pe Pămînt. Asta înseamnă că vei avea nevoie de încă o creștere de 30 de ori a gradului de protecție, ceea ce aduce SPF-ul necesar la valoarea de 1,3 milioane. 

Noroc că nu e, de fapt, chiar atît de multă cremă de protecție solară! Teoretic, pentru că SPF este un factor multiplicator, cînd te dai cu cremă de protecție în mai multe straturi, indicele fiecăruia ar trebui să se înmulțească cu ale celorlalte. Dacă te dai cu un singur strat de protecție SPF 20, atunci numai 1/20 din radiația Soarelui ar trebui să pătrundă în pielea ta. Asta înseamnă că, dacă mai pui un al doilea strat din aceeași cremă de protecție solară, ar trebui să reducă acea fracție de 1/20 cu o altă 1/20, ajungînd la o reducere totală de 1/400. Dacă așa ar sta lucrurile, atunci două straturi de cremă de protecție solară cu SPF 20 ar fi echivalentul unei creme cu SPF 400! 

Cinci straturi de cremă SPF 20 ar echivala cu SPF 3,2 milioane, suficient ca să blochezi razele UV de la suprafața Soarelui. 

Normele de testare ale Administrație Federale pentru Alimente și Medicamente (FDA) prevăd că trebuie aplicată crema de protecție solară într-un strat gros de circa 20 de microni. (În practică, crema de protecție solară formează un strat neregulat peste șănțulețele și micile ridicături ale pielii tale, deci cea mai mare parte a „arsului de soare” are loc prin „ferestruicile” mai subțiri. Între stratul neregulat și faptul că majoritatea oamenilor nu se dau cu protecție solară în strat suficient de gros, indicii SPF sînt probabil prea ridicați de cel puțin două ori.) Asta înseamnă că nu ai avea nevoie decît de 100 de microni de protecție solară cu SPF 20, cam cît grosimea firului de păr uman, ca să fii în siguranță, indiferent cît de mult te-ai apropia de Soare. 

Chestia este în mod evident greșită, dintr-o mulțime de motive, dar cel mai important este că protecția solară nu blochează căldura Soarelui, ci numai razele UV. Ca să blochezi cu succes radiația de căldură a Soarelui, care este vizibilă și infraroșie, ai avea nevoie de un strat mult mai gros de cremă de protecție solară, care el însuși s-ar înfierbînta și ar fierbe pînă la evaporare. Nici măcar un strat gros de 10 metri nu te-ar putea feri să te coci. 

În teorie, un gogoloi de cremă de protecție solară îndeajuns de mare, suspendat în apropiere de suprafața Soarelui, ar putea să reziste suficient de mult timp cît să te protejeze, dar mai apare o problemă: trebuie să-ți acoperi în întregime corpul cu protecție solară, ca să nu te trezești evaporat, plus că pe flacon scrie clar că nu trebuie să-ți ajungă în zona ochilor. 

(fragmente din volumul What if? 2. Alte răspunsuri științifice serioase la întrebări ipotetice absurde, aflat în curs de apariție la Editura Publica în traducerea Smarandei Nistor)

Randall Munroe este un fost expert în robotică la NASA și autorul bestsellerelor What If?, Explicatorul de lucruri și How To.