Ethan Siegel Senior e Starts With A Bang per Forbes.com
Come fa Babbo Natale a farlo? In una lunga notte, un uomo in sovrappeso e anziano, equipaggiato con una slitta magica e otto renne volanti, distribuisce giocattoli ai bambini di tutte le famiglie di tutto il mondo.
L’unico trucco? Bisogna credere in lui.
Devi chiederti più che altro se questo potrebbe essere fisicamente possibile. Se avesse la tecnologia e la tecnica giuste, Babbo Natale potrebbe davvero effettuare tutte queste consegne? Con una popolazione mondiale di oltre 7 miliardi di persone, è un lavoro davvero duro per Babbo Natale. Ma con il potere della scienza – e forse un pizzico di magia natalizia – Babbo Natale è più che all’altezza della sfida.
Ecco a cosa deve adeguarsi Babbo Natale, in termini di numero di famiglie che deve raggiungere e di distanza media tra di loro.
- Secondo Wikipedia (ed estrapolando la crescita della popolazione dalla data del report), ci sono circa 1,6 miliardi di famiglie in tutto il mondo.
- Poiché la superficie abitabile della Terra è di circa 65 milioni di chilometri quadrati, la distanza media tra due famiglie è di circa 0,225 km.
- E, almeno negli Stati Uniti, solo il 31% delle famiglie si aspetta che Babbo Natale le faccia visita.
- Con le debite proporzioni quindi, Santa Claus ha la responsabilità di consegnare regali a circa 500 milioni di famiglie, con una separazione media che sale a 0,33 km quando lasciano da parte le case che Babbo Natale non è in grado di visitare.
Sebbene ciò comporti un sacco di visite e un sacco di distanze da percorrere, Babbo Natale non ha molto tempo per realizzare tutto. A partire dal tramonto della vigilia di Natale su un lato della linea internazionale del cambio di data (in Russia) e finendo poco prima dell’alba nel giorno di Natale dall’altra parte (in Alaska), Babbo Natale ha almeno il vantaggio di essere vicino al solstizio d’inverno, che gli da’ un po’ di tempo in più nell’emisfero settentrionale.
A causa dei fusi orari, della linea internazionale del cambio di data e delle variazioni dei tempi di tramonto/alba tra località e latitudini, Babbo Natale ha al massimo di 42 ore per raggiungere quel mezzo miliardo di famiglie. In quel breve tempo, Babbo Natale deve svolgere i seguenti compiti:
- viaggio in ogni casa, distanza media di 0,33 chilometri dalla casa precedente;
- lasciare la sua slitta ed entrare nella casa senza essere scoperto;
- consegnare tutti i regali;
- mangiare degli snack lasciati per lui;
- e poi lasciare la casa inosservato, montare sulla slitta e dirigersi verso la casa successiva.
L’idea che una persona possa svolgere tutti questi compiti circa 500 milioni di volte in un periodo di 42 ore sembra una sfida scoraggiante. (In realtà, innumerevoli genitori di bambini che non hanno mai creduto in Babbo Natale possono fornire testimonianze su quale sia la sfida per una sola famiglia!). Ma Babbo Natale è irreprensibile nel realizzare l’obiettivo monumentale che ha di fronte.
Con 500 milioni di famiglie da visitare e 42 ore per farlo, significa che Babbo Natale ha un totale di soli 300 microsecondi (0.0003 secondi) per fare tutto ciò che deve realizzare per una famiglia.
Impossibile? Forse per un normale umano con tecnologia convenzionale, certo. Ma Babbo Natale potrebbe essere il più grande scienziato del mondo, come ho recentemente dichiarato a Big Picture Science e al SETI Institute. E se accetti la scienza, dovresti avere fiducia anche in Babbo Natale. Diamo un’occhiata a ciascuna delle obiezioni che potresti avere.
1) Non c’è modo che Babbo Natale possa viaggiare in ogni casa così velocemente.
Queste velocità in realtà non sono così impossibili. Rispetto ai veicoli che abbiamo progettato, le esigenze di Babbo Natale non sono poi così estreme. Almeno, non rispetto alla relatività e alla velocità della luce. Per spostarsi su una distanza media di 0,33 km da casa a casa, ipotizzando un tempo di 150 microsecondi (che è la metà del tempo totale consentito in ogni casa), Babbo Natale deve viaggiare solo a circa 2.200 km/s.
Certo, potrebbe sembrare terribilmente veloce rispetto alla tua tipica slitta, o anche alla tua tipica auto, treno o aereo supersonico. Ma questo è inferiore dell’1% alla velocità della luce e molto più lento delle particelle emesse da atomi radioattivi, acceleratori di particelle o persino dal Sole. Se fai mangiare quelle renne a dovere, non c’è motivo di credere che Babbo Natale non possa fare questo viaggio da casa in casa a tempo di record.
2) Non è possibile che una slitta aperta – e con dentro Babbo Natale – possa gestire il calore o l’accelerazione generata.
Passando a quelle intense velocità, le forze di attrito dell’atmosfera da sole potrebbero essere un disastro; l’unica cosa a noi familiare che si scontra con l’atmosfera a quelle velocità sono meteore e satelliti che rientrano nell’atmosfera.
Babbo Natale avrebbe bisogno di dissipare da qualche parte nell’ordine di qualche trilione di Joule di calore ogni secondo di viaggio, che è una quantità enorme. Senza alcuna protezione, potresti aspettarti che Babbo Natale, che sfreccia nell’atmosfera alla velocità di una pioggia di meteore, possa bruciare come un satellite durante il rientro.
Ma ci sono due modi per uscirne:
- Potrebbe avere uno scudo termico che protegga sia le renne che se stesso, permettendogli di viaggiare liberamente. Questo è un problema, tuttavia, se stiamo considerando una slitta aperta, visto che non lascerà il pilota schermato, per definizione. Ma la seconda opzione potrebbe risolvere anche questo inconveniente.
- Potrebbe avere un veicolo così aerodinamicamente avanzato che l’aria di fronte a lui venga per la maggior parte deviata, lasciando solo una brezza leggera. Assicurati che Babbo Natale abbia ossigeno per respirare, e siamo a posto.
Le accelerazioni sono un po’ più brusche, attenzione. Passare da 0 a 60 miglia all’ora in un decimo di secondo è un disastro per la maggior parte delle persone; potresti morire per l’accelerazione. Questo presuppone che tu abbia solo 27 g di forza, dove 1 g è l’accelerazione accelerazione gravitazionale. Ma Babbo Natale, per raggiungere solo la sua velocità media viaggiando casa per casa, richiede 1,5 miliardi di g.
Anche se rappresentiamo la maggior parte della popolazione mondiale concentrata nelle aree urbane, l’accelerazione e la decelerazione durante il viaggio dal tetto al tetto sarebbero catastrofiche in questi brevi intervalli di tempo.
Il record di resistenza umana in tempi brevi è di 83 g, del maggiore John Beeding su un razzo slitta. L’idea che gli esseri umani potessero compiere queste incredibili accelerazioni/decelerazioni fu avanzata da John Stapp, che testò i suoi dispositivi su se stesso negli anni ’40 e ’50.
Ma Babbo Natale non è condannato a questi vincoli; ha semplicemente bisogno di implementare la giusta soluzione. Tutto ciò di cui ha bisogno, per sopravvivere a questo viaggio a queste velocità e accelerazioni, è un modo per mantenere la circolazione del sangue normale nel suo corpo. Un completo sufficientemente pressurizzato, combinato con un sistema di turbina biologico molto più potente di un cuore umano, potrebbe facilmente riuscirci.
Certo, la modifica biologica non è ciò che ti aspetti quando pensi a Babbo Natale, ma sicuramente la felicità dei bambini di tutto il mondo merita una piccola chirurgia sostitutiva d’organo no?
3) Come poteva Babbo Natale entrare in tutte quelle case così tranquillamente, e non lasciare mai impronte?
La furtività non è esattamente l’immagine che hai in mente quando pensi a un uomo anziano e in sovrappeso che viaggia in tutto il mondo e indossa gli stivali. Potrebbe essere allettante pensare a Babbo Natale che passa attraverso un impianto meccanico – attraverso un camino, una finestra o un altro punto di accesso – ma le leggi della fisica offrono un’opzione ancora migliore.
Nell’Universo quantico c’è una probabilità finita che se ti trovi da una parte di una barriera e ci vai incontro, non vi sbatterai semplicemente contro, rimbalzando. Ma invece, potresti semplicemente attraversare l’altro lato. Si sa che questo fenomeno del tunneling quantico si verifica e dovrebbe comportare una probabilità finita che anche oggetti macroscopici lo facciano, anche se con una probabilità molto bassa.
Babbo Natale potrebbe avere il controllo di questo fenomeno? È la soluzione più elegante per un problema difficile, che permette a Babbo Natale di:
– entrare in qualsiasi casa;
– portare tutti i regali che vuole;
– lasciare ciò che vuole, ovunque;
– e poi uscire, da solo, per tornare alla sua slitta.
Poiché è il più grande scienziato nella storia dell’umanità, non scommetterei mai contro Babbo Natale.
4) Come può consegnare i regali così in fretta?
La consegna dei regali non deve richiedere molto tempo. Finché Babbo Natale arriva nella posizione corretta, tutto ciò che deve fare per consegnare questi regali è: lasciarli e andarsene. Portarli a una distanza minuscola e trascurabile dal terreno, proprio sotto l’albero, e rilasciarli.
Questo è tutto! Con i regali consegnati, è già nella direzione della prossima casa, verso un altro compito importante.
5) Mangiare gli spuntini natalizi.
Questo funziona davvero in maniera brillante. Vedete, ci vuole un’enorme quantità di energia – e quindi di carburante – per trascinare una slitta piena di regali per 500 milioni di famiglie in tutto il mondo. Certo, puoi immaginare che le tue renne volanti siano già magiche, quindi forse potrebbero semplicemente farlo magicamente. Ma cerchiamo di essere scientifici, invece, e ricorda che tutto deve obbedire alla conservazione dell’energia, persino Babbo Natale.
Quindi, quanta energia ci vuole davvero per portare questi regali in tutto il mondo?
Supponendo che Babbo Natale abbia circa 2 chilogrammi di regali da consegnare a ciascuna casa, questo ammonta a circa un milione di tonnellate di regali sulla sua slitta completamente carica. (Diventa più leggero man mano che la notte va avanti.) Questo è circa 4.000 volte la capacità di carico del più grande aereo sulla Terra: l’Antonov An-255, che viene utilizzato per trasportare lo space shuttle.
Il carburante per missili è costoso, certo, ma è anche inefficiente! Solo circa lo 0,001% della massa nel combustibile per missili entra in energia; il resto è semplicemente sprecato, peso morto. Ma cosa succederebbe se le renne di Babbo Natale – il vero potere dietro l’epico volo di Babbo Natale – potessero trasformare quei latte e biscotti in energia tramite E = mc2 di Einstein?
Abbastanza sorprendentemente, il piccolo ammontare di massa in anche un singolo biscotto potrebbe alimentare Babbo Natale e tutti i giocattoli del mondo da una casa all’altra, perché E = mc2 è efficiente al 100%. Gli avanzi, ovviamente, sono tutti per il divertimento di Babbo Natale.
Certo, ci sono molti racconti fittizi sulla storia di Babbo Natale, in cui ci si affida alla tecnologia, alla magia o a un gran numero di aiutanti, ma quelli sono per gli scettici là fuori che non capiscono il vero potere della magia del Natale. Dopotutto, non devi mai dimenticare la lezione più importante che abbiamo appreso dall’Apollo 8, la prima astronave con equipaggio a lasciare l’orbita bassa della Terra. Ecco lo scambio tra Ken Mattingly (al controllo delle missioni a Houston) e Jim Lovell (a bordo dell’Apollo 8) 50 anni fa:
089:32:50 Mattingly: Apollo 8, Houston. [Nessuna risposta.]
089:33:38 Mattingly: Apollo 8, Houston.
089:34:16 Lovell: Houston, Apollo 8, passo.
089:34:19 Mattingly: Ciao, Apollo 8. Forte e chiaro.
089:34:25 Lovell: Roger. Vi informo che c’è Babbo Natale.
089:34:31 Mattingly: Affermativo. Sei i tra i pochi a saperlo.
Con tutta la scienza che conosciamo, c’è solo un mistero su Babbo Natale a cui non sappiamo come rispondere. Con tutti i regali da consegnare, quando trova il tempo per andare in bagno?
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