Умный флэшмоб: Физика и магия

Присоединяюсь к умному флэшмобу от Татьяны Кононовой (https://author.today/post/358936). Матчасть у меня касается в первую очередь вопросов физики. В свое время я очень сильно озаботился тем, чтобы объяснить с точки зрения физики магию в "Сердце бури", и не на уровне "ну, короче, это квантмех" (хотя квантмех применяется для управления вероятностями), а на уровне конкретных физических законов. По сути, единственное откровенно фантастическое допущение здесь - это наличие у людей слабых телекинетических способностей, позволяющих воздействовать на отдельные частицы. Остальное дает знание физических законов. 

Разумеется, я не ставлю цели в одном посте раскрыть все детали; лишь пара наиболее наглядных и интересных. 

Традиционная ссылка на книги: https://author.today/work/series/3764

1. Повышение и Понижение

Много вопросов вызвала странная магия, называемая Повышением и Понижением. Что это вообще такое, что одновременно и позволяет трансмутировать вещества, и дает выход энергии?

На самом деле это не больше и не меньше, чем ядерные взаимодействия: распад и синтез. Как это работает? Возьмем для примера мечту средневековых алхимиков: превращение свинца в золото.

Вы когда-нибудь задумывались, почему свинец - это свинец, а золото - это золото? Что делает свинец свинцом, а золото золотом? С точки зрения физики этот фактор - количество протонов и электронов в ядре атома. Свинец имеет атомарный номер 82, это означает 82 протона и 82 электрона (в случае, если он имеет нейтральный заряд). Золото имеет атомарный номер 79, то есть, у него на 3 протона и 3 электрона меньше.

На более мелком уровне разницы не существует: электрон в атоме золота точно такой же, как электрон в атоме свинца. Вещество определяется именно на уровне атома.

Таким образом, что получится, если взять атом свинца и насильно оторвать от него 3 протона и 3 электрона (а также необходимое число нейтронов, которое мы тут для упрощения не рассматриваем)? Получится... атом золота. 

Это и есть ядерный распад: отделение субатомных частиц от атома. В реальности это пока удается сделать только с веществами с очень высокой атомной массой: такими, как радий, уран, плутоний. Но в "Сердце бури" маги за счет телекинетического воздействия на протоны и электроны проделывают это с любым элементом тяжелее железа.

Синтез - то же самое, только наоборот: приращение протонов и электронов к атому, создающее атом вещества с большим атомарным номером. Каждый из нас может наблюдать этот процесс в небе: в звездах проходит непрерывный процесс синтеза гелия (атомарный номер 2) из водорода (атомарный номер 1).

Почему Повышение и Понижение? Это отсылает к порядку атомарных номеров при выстраивании в столбик (а не в виде периодической таблицы, учитывающей место для не открытых пока элементов). Повышение (распад) - вверх к началу порядка номеров; Понижение (синтез) - вниз к его концу.

Ладно, а энергия откуда? Очевидно, что ничто не берется из ниоткуда и не уходит в никуда. Это базовый закон сохранения. Общее количество частиц в любом случае остается неизменным. До какого-то предела это может достигаться за счет разного количества атомов (особенно при синтезе, работающем с гораздо меньшими атомарными массами). Но чаще некоторое количество частиц оказываются "лишними". Именно они выходят в виде гамма-излучения. Оно, в свою очередь, передает большое количество энергии.

Именно поэтому, впитав больше полученной таким образом энергии, чем может контролировать, Амброус приходит к тому, что Порча начинает разрушать его тело изнутри. "Порчей" в сеттинге зовется обыкновенное радиоактивное заражение. Если бы он пережил ту битву, то после этого его ждали бы несколько дней мучений от лучевой болезни и в итоге все равно смерть.

2. Молния и как от нее защититься. 

Молния в "Сердце бури" считается одним из самых простых и распространенных заклинаний. Принцип её работы действительно прост.

Как уже говорилось выше, число протонов и электронов в атоме равно друг другу, если электрический заряд атома нейтрален. В случае же, если баланс нарушается (к атому присоединяется электрон, не сбалансированный протоном, или наоборот), происходит ионизация - реакция с выделением энергии. Именно резкой, "ударной" ионизацией атомов кислорода и объясняется явление молний.

При этом образуется электрический разряд, который имеет начальный импульс движения (обусловленный кинетической энергией присоединяемой частицы), но дальше стремится уйти в землю по наиболее простому пути. "Простота" пути определяется степенью сопротивления объектов, через которые предстоит пройти. Например, сопротивление человеческого тела на порядки ниже, чем сопротивление воздуха, поэтому одиноко стоящий на пустой площадке человек "притянет" к себе молнию; она не ударит в землю в двух шагах от него.

На этом основаны показанные в тексте способы противодействия молниям. Взяв за основу обыкновенную кольчугу, Килиан создает защиту за счет клетки Фарадея: оболочки из высокопроводимого материала, по которой электрический заряд "обходит стороной" то, что помещено внутрь. Впоследствии Элиас дорабатывает его идею, делая кольчужную мантию: это позволяет сохранить не только жизнь, но и боеспособность, поскольку заряд уходит не в ноги, а прямиком в землю.

В решающем же сражении Килиан и вовсе использует полноценный молниеприемник (чаще используется слово "громоотвод", но "молниеприемник" более корректно). Его защита от молний Амброуса представляет собой всего лишь железный столб, одним концом возвышающийся у него над головой, а другим уходящий глубоко в землю. Таким образом создается строго определенный путь для электрического разряда, более короткий, чем любые другие. И сколько бы энергии ни накопил Амброус (см выше, чего ему это стоило), пока он не разрушил столб, все молнии уходили туда, не причиняя его противнику вреда.