Es la época del año en la que se supone que nuestras mentes se vuelven hacia los regalos, los pasteles de carne picada, la cena de pavo, el ponche de huevo y, en ocasiones, la buena voluntad para toda la humanidad. Pero para algunos de nosotros, la Navidad es una época de tormentos y noches de insomnio. Los pensamientos que perturban nuestras mentes expulsando imágenes de hadas de ciruelas de azúcar bailando son de la ciencia que permite que un solo hombre entregue regalos a todos los niños del mundo.
Afortunadamente, ZME Science está aquí para ayudar a aliviar algunos de estos pensamientos inquietantes, responder algunas preguntas persistentes y posiblemente descartar dudas tontas de que Santa Claus puede no ser real.
La posición Quantum Santa permite que Papá Noel aparezca simultáneamente en todos los centros comerciales del hemisferio occidental al mismo tiempo.
Por supuesto, Papá Noel se guarda sus secretos científicos para sí mismo. A pesar de que estos trucos y trucos científicos están claramente guardados de cerca por Kringle, nosotros en ZME no somos los primeros en aceptar esta misión navideña. Cada año los físicos se reúnen para abordar la ciencia de Santa, explicando cómo Papa Noel puede realizar hazañas increíbles sin recurrir a la magia.
Esta es la ciencia de Santa. La física de Papá Noel. La química de Kris Kringle. ¿El cuanto de Claus?
ESTÁ BIEN. Eso último es un tramo.
Para evaluar por qué Santa necesita ciencia de vanguardia para realizar su desafío anual, la primera pregunta que debemos hacernos es ¿cuán grande es la escala de la operación que Santa debe emprender?
¿Cuántas casas tiene que visitar Santa?
Para evaluar esto, en primer lugar, tenemos que reconocer que Papá Noel no visita a todos los niños en Nochebuena, solo a los de los hogares y hogares que celebran la festividad. Si bien no existe una manera dura y rápida de hacer esto, podríamos obtener una estimación aproximada calculando la proporción del mundo que se identifica como cristiano.
Alrededor del 33% de la población mundial se identifica como cristiana, así que supongamos que eso también se aplica a los 2.200 millones de niños de la Tierra. Eso significa alrededor de 726 millones de niños para regalar.
No te preocupes, Santa iba a recortar eso un poco más. Hay aproximadamente 4 niños por hogar a nivel mundial. Así que eso es alrededor de 182 millones de casas separadas que Santa necesita visitar.
Afortunadamente, Papá Noel tiene un poco más de 24 horas para hacerlo. Al tener en cuenta las zonas horarias y la rotación del planeta, Santa puede extender su límite de tiempo a 31 horas para elegir la ruta correcta para llevar a cabo su gigantesca operación de entrega de regalos.
Vayamos a la pizarra y calculemos cuántas paradas debe hacer Papá Noel por segundo.
Esa es toda la tarea. Papá Noel tiene casi 1/2000 de segundo para estacionar su trineo, salir, deslizarse por la chimenea (o encontrar otro punto de acceso), dejar regalos, comerse la galleta o el pastel de carne picada que le quedan para él y acompañarlo con leche ( o algo más fuerte si tiene suerte), ¡y luego vuelve al trineo y sigue adelante!
Eso es bastante impresionante. ¡No es de extrañar que necesite las calorías de al menos 182 millones de dulces! Todo esto lleva a otra pregunta; ¿Qué tan rápido debe viajar Papá Noel para lograr esta notable tarea?
A la Velocidad de Papá Noel
Para llegar a los cerca de 200 millones de hogares en la ruta de entrega de Papá Noel en solo 31 horas, el trineo del gordo alegre debe estar llegando a una velocidad razonable. Para averiguar cuál debe ser la velocidad de su trineo, supongamos que todas las casas que visita Santa están distribuidas equitativamente en todo el mundo.
Eso significa que hay un promedio de 1,25 km entre cada casa, lo que significa que el viaje de Santa cubriría una distancia de unos 228 millones de kilómetros.
Si bien esa es una velocidad increíble que es apenas comprensible, no viola la idea de que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, ya que todavía está muy por debajo del límite de velocidad universal de alrededor de 1,08 x 10 kilómetros por hora.
Así que es posible, aunque todavía mucho más rápido que el vehículo más rápido jamás registrado en la superficie del planeta 4x 10 km/h. Este récord, por supuesto, lo estableció usted en la víspera de Navidad del año pasado cuando se dio cuenta a las 3:55 p. m. que se había olvidado de conseguir el relleno. O posiblemente por un jet X-15 perteneciente a la Fuerza Aérea de los EE. UU. La velocidad a la que Santa debe viajar también supera la velocidad más rápida que hemos registrado en un vehículo espacial que viaja por un margen considerable.
Tranquilo Einstein. Santa no está violando tu teoría de la relatividad especial.
Viajar a tales velocidades dentro de una atmósfera trae consigo todo tipo de problemas asociados para Santa, por supuesto. El más apremiante de estos es probablemente el increíble calor que generaría.
Entonces, ¿cómo entrega Papá Noel regalos que no están carbonizados ni quemados y, al mismo tiempo, garantiza que las increíbles velocidades a las que vuela no asen a sus renos?
Prevención de una conflagración navideña
Asar castañas puede ser una tradición navideña, pero seamos realistas, ninguno de nosotros quiere asar nada en los destrozados trineos en llamas de Santa. Afortunadamente, el astrofísico Knut Jrgen Red Degaard, el profesor de física Gaute Einevoll, el profesor de matemáticas Nils Lid Hjort y la autodenominada experta en duendes Ane Ohrvik, tienen una idea de cómo Santa puede evitar que su trineo se incendie cuando viaja a velocidades increíbles.
Los investigadores sugieren que, para mitigar la generación de calor excesivo, Papá Noel podría utilizar un escudo iónico formado por partículas cargadas y unidas por un campo magnético.
Científicos no asociados a Kringle en el Laboratorio Rutherford Appleton estaban probando prototipos de mini-magnetosferas que podrían ofrecer protección contra partículas solares de alta energía, ya en 2008. Es posible que estos investigadores, que propusieron que su escudo podría ayudar a proteger la delicada electrónica dentro de la nave espacial de la radiación solar. , podría haber dado con un sistema similar al empleado por Santa.
¿Quién sabe? ¿Quizás uno de los miembros del equipo había sido un niño o una niña excepcionalmente bueno el año anterior y lo recibió como un regalo del hombre mismo?
Por supuesto, Santa probablemente también emplea los materiales resistentes al calor más actualizados. Posiblemente, algunos de estos son similares a las sustancias que la NASA usa para proteger los vehículos espaciales del calor asociado con la entrada a la atmósfera planetaria.
Los materiales más resistentes al calor que los científicos han desarrollado actualmente son los compuestos cerámicos de carburo de tantalio (TaC) y carburo de hafnio (HfC). En 2016, un equipo de investigadores del Imperial College London utilizó técnicas de calentamiento por láser para descubrir que el punto de fusión de HfC es el más alto jamás registrado, con el compuesto capaz de soportar temperaturas de hasta 4000 C.
Estas cerámicas refractarias ya se han promocionado como recubrimientos ideales para el blindaje térmico en la próxima generación de vehículos espaciales hipersónicos. ¿Pero quién sabe? ¿Quizás Santa estaba en TaC y HfC mucho antes que nosotros?
Por supuesto, la resistencia del aire no es el único obstáculo para que Papá Noel se desplace. Con juguetes para alrededor del 33% de los niños del mundo a bordo del trineo que están transportando, los renos de Papá Noel necesitan todos los trucos científicos que puedan aprender.
Tal vez, el secreto científico que utiliza Papá Noel para mitigar el peso de esta carga y encontrar el espacio para que quepa todo en unos pocos sacos podría estar en una de las teorías físicas más punteras.
Santa y el saco de la teoría de cuerdas
La teoría de cuerdas dice que todas las partículas que componen el contenido de materia y energía de nuestro universo son manifestaciones de cuerdas vibratorias unidimensionales que llenan el espacio-tiempo. Para que la teoría de cuerdas funcione, el tejido del Universo tendría que estar formado por más dimensiones de las cuatro que conocemos, tres de espacio y una de tiempo.
De hecho, requeriría al menos 11 dimensiones. Tal vez 26. Depende de a quién le preguntes.
Estas dimensiones ocultas existen acurrucadas dentro de las dimensiones más familiares de las que nosotros, como especie, somos conscientes. Tal vez, también existen acurrucados en el saco de un Papá Noel, dándole un espacio casi infinito para jugar.
Un saco impulsado por la teoría de cuerdas también podría ayudar a reducir la carga de peso de todos esos juguetes. Una de las razones por las que inicialmente se planteó la teoría de cuerdas es que actualmente no existe una teoría cuántica de la gravedad. Por lo tanto, aunque la física cuántica proporciona una explicación satisfactoria de las otras tres fuerzas fundamentales, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil, todavía no puede unirse con la relatividad general y explicar la gravedad.
Una de las preguntas persistentes sobre la gravedad es por qué es tan débil en grandes distancias. Esto ha llevado a algunos físicos a sugerir que algunos de los efectos asociados a la gravedad se filtran a las dimensiones adicionales de la teoría de cuerdas. Eso significa que un saco que aproveche estas dimensiones adicionales posiblemente podría contener una masa tremenda mientras pesa solo una cantidad marginal.
Quién sabe, tal vez Santa tiene toda su fábrica de juguetes doblada allí.
¿Cuanto Claus?
Por supuesto, todas estas explicaciones aún dejan muchas preguntas sin respuesta sobre Santa y la ciencia que emplea cada año.
Por ejemplo; ¿Cómo hace que su reno desafíe la gravedad? ¿Cómo existe en una superposición en todos los centros comerciales de los EE. UU. al mismo tiempo sin que su función de onda colapse? Y lo más importante, ¿por qué me trajo un Go-Bot en lugar del Transformador que le pedí en ese día de Navidad mejor olvidado en 1986?
En serio Papá Noel. Dejaste caer la pelota aquí. Gran tiempo.
Uno de los mayores misterios de la Navidad. ¿Por qué Santa me trajo esto en lugar de Optimus Prime?
En cuanto a cómo Santa determina la travesura y la amabilidad y cómo sabe si estás durmiendo bien, todo depende del entrelazamiento cuántico, pero eso es demasiado complicado para explicarlo a tiempo para su visita esta noche.