Стакан наполовину пуст
Оригинал: Glass Half EmptyЧто будет, если стакан воды внезапно станет наполовину пуст?
— Витторио Иаковелла
Пессимисты, возможно, более правы, чем оптимисты. Когда люди говорят «стакан наполовину пуст», они обычно имеют в виду, что стакан содержит равные доли воды и воздуха:
![Оптимист и пессимист сидят за столом с наполовину полным или наполовину пустым стаканом между ними. Оптимист думает: «О-о-о! Водичка! Готов поспорить, мы её выпьем», в то время как пессимист думает: «Когда я пью воду я откладываю свою смерть, но это не предотвращает её».](/uploads/006-glass-half-empty/glass_people_ru.png)
Обычно оптимисты видят стакан наполовину полным, когда пессимисты видят его наполовину пустым. Это породило кучу шуток, например: инженер видит стакан размером в два раза больше, чем нужно; сюрреалист видит жирафа, поедающего галстук и т. д.
Но что, если пустая половина будет действительно пустой — вакуумом. (Хотя даже вакуум не пуст по-настоящему, но это вопрос к квантовой физике.)
Вакуум определённо не продержится долго. Но что именно будет происходить, зависит от ответа на вопрос, которым обычно никто не задается: «Какая половина пуста?»
Представим три разных полупустых стакана и проследим микросекунда за микросекундой, что будет с ними происходить.
![Три полупустых стакана с водой.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_three_ru.png)
Посередине традиционный стакан с воздухом и водой. Справа стакан подобный обычному, только вместо воздуха — вакуум. Стакан слева наполовину полон водой и наполовину пуст, но пуста нижняя часть.
Ну, представим вакуум в начале отсчёта, t=0.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=0.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_0s.png)
За первые несколько наносекунд ничего не произойдёт. За это время даже молекулы почти не сдвинутся.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=50 нс.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_50ns_ru.png)
Молекулы воздуха колеблются на скорости в пару сотен метров в секунду. Тем не менее, некоторые из них двигаются быстрее, чем другие. Быстрейшие двигаются со скоростью около 1000 метров в секунду. Они первыми проникнут в вакуум в стакане справа.
Вакуум в стакане слева окружён барьерами, так что молекулы воздуха не смогут быстро пробраться внутрь. Вода в жидком состоянии не стремится занять доступный объём, как это делает воздух. Тем не менее из-за вакуума в стакане вода начинает закипать, и водяной пар медленно начинает проникать в пустое пространство.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=150 нс.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_150ns_ru.png)
Пока поверхность воды в обоих стаканах начинает закипать, в стакане справа воздух прорывается внутрь. Стакан слева продолжает заполняться небольшими капельками воды.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=400 нс.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_400ns_ru.png)
Через пару микросекунд в стакане справа воздух, прорывающийся внутрь, полностью заполнит вакуум и создаст в жидкости ударную волну. Стенки стакана начнут слегка вибрировать, но они достаточно прочные и не разобьются, выдержав вибрации. Ударная волна отразится от воды и пойдёт обратно вверх, внося свой вклад в возникшие там потоки турбулентности.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=1 мс.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_1ms_ru.png)
Действие ударной волны от вакуумного коллапса будет продолжаться около миллисекунды, этого достаточно, чтобы она распространилась на другие два стакана слева. Стакан и вода слегка прогибаются по мере того, как волна проходит сквозь них. Ещё через пару миллисекунд волна достигнет человеческого уха, и мы услышим громкий хлопок.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=2 мс.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_2ms_ru.png)
В это же время стакан слева начинает заметно приподниматься в воздух.
Атмосферное давление давит и на стакан и на воду одинаково. Это та сила, которую мы считаем силой всасывания. Вакуум справа не держится долго, так что эффекта всасывания недостаточно, чтобы поднять стакан, но поскольку воздух не может проникнуть в вакуум в левом стакане, вода и стакан начинают наползать навстречу друг к другу.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=5 мс.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_5ms_ru.png)
Кипящая вода заполняет вакуум очень небольшим количеством водяного пара. Вакуумного пространства становится всё меньше, увеличившийся в количестве водяной пар медленно усиливает давление на поверхности воды. В конце концов это остановит процесс кипения, точно также, как это сделает более высокое атмосферное давление.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=8 мс.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_8ms_ru.png)
Стакан и вода сейчас двигаются слишком быстро для образования пара. Менее чем через 10 миллисекунд после начала отсчёта, они летят навстречу друг друга со скоростью в пару метров в секунду. Без воздушной амортизации между ними — ведь там только пара капелек водяного пара — вода ударяется в дно стакана как молот.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=10 мс.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_10ms_ru.png)
Вода действительно плохо сжимается, так что после столкновения она не выплеснется наружу, а создаст ударную волну. Сила удара будет такой большой, что стакан разорвёт.
Подобный гидравлический удар (той же природы, что и глухой стук, который можно услышать в старом водопроводе при закрытии крана) часто используют в трюке для вечеринок: воспроизведённый в «Разрушителях легенд», изученный на уроках физики и продемонстрированный в бесчисленном количестве студенческих общаг, — когда бьют по горлышку бутылки, чтобы взорвать её снизу.
Когда бьют по бутылке, она очень быстро опускается. Жидкость внутри не реагирует на возросшее давление моментально, точно как в нашем случае, и возникает разрыв между водой и дном. Это очень тонкий разрыв в долю дюйма, но когда он схлопывается, удар выбивает донышко бутылки.
В нашем случае эти силы будут достаточно велики, чтобы разбить даже самые прочные стаканы.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=20 мс.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_20ms_ru.png)
Донышко улетает вниз вместе с водой и разбивается об стол. Вода расплёскивается вокруг, а во все стороны разлетаются кусочки стекла. А оторвавшаяся верхняя часть продолжает подниматься.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=500 мс. Панорама стола с оптимистом, думающим: «Клёво!», и пессимистом, думающим: «О нет!»](/uploads/006-glass-half-empty/glass_500ms_ru.png)
Через полсекунды от начала отсчёта наблюдатели, услышав резкий хлопок, вздрагивают. Их головы непроизвольно следуют за взлетающим стаканом.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=1 с, третий стакан разбился на мелкие кусочки.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_1s_ru.png)
Стакан набирает достаточную скорость, чтобы разбиться о потолок на мелкие кусочки…
![Три полупустых стакана с водой. Время t=1,5 с, третий стакан теперь представляет собой кучу осколков падающих сверху.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_1_5s_ru.png)
…которые теперь возвращаются на стол.
![Три полупустых стакана с водой. Время t=10 с, осколки третьего стакана впились в лицо оптимиста («Бесплатное стекло!») и пессимиста («Аааааа!»).](/uploads/006-glass-half-empty/glass_10s_ru.png)
Вывод: если оптимист говорит, что стакан наполовину полон, а пессимист, что стакан наполовину пуст, — физик прячется под стол.
![Утыканный стеклом оптимист переливает воду из одного полупустого стакана в другой. Кресло пессимиста пустое.](/uploads/006-glass-half-empty/glass_end_ru.png)