Срочно понадобилось взорвать Юпитер (нет времени объяснять)

[DimaM]

MacSinus в сообщении #769796 писал(а):

В водородной бомбе происходит синтез гелия из (!)тяжелого(!) водорода. Для такой реакции по сути ничего и не надо, просто достаточно сильно разогреть водород.

Не просто из тяжелого, а из дейтерия и трития (причем тритий нарабатывается на месте из лития и нейтронов). На чистом дейтерии был, кажись, только "Майк", но туда пришлось засунуть немалое количество плутония.
Кроме "достаточно сильно разогреть" нужно еще удержать достаточное время для приличного энерговыделения (сжать до хорошей плотности), иначе выйдет пшик.

-- 03.10.2013, 12:02 --

nestoronij в сообщении #770151 писал(а):

100г динамита сгорают (Взрываются) за (примерно) 0.001с

Заметно меньше. За миллисекунду детонационная волна пройдет метров пять.

nestoronij в сообщении #770151 писал(а):

Термоядерный взрыв (Сахаров) (пока шла реакция)- 0,1с (очень приблизительно).

Откуда эта цифра? Вроде, характерное время - микросекунды.

[nestoronij]

Уже не помню, в какой то популярной статейке. Может действительно не такие времена.

[Munin]

nestoronij в сообщении #770151 писал(а):

Солнышко, с такой массой, будет взрываться миллионы лет?

В астрономии, действительно, вводятся характерные времена для звезды, на примере Солнца:
динамическое время (характерное время механических процессов) - 40 минут;
тепловое время (характерное время термодинамических процессов) - 30 млн лет;
ядерное время (характерное время ядерных процессов) - 10 млрд лет.

Ядерное время - это сколько на самом деле Солнце "горит", от начала до истощения водорода в ядре. А тепловое время - это за сколько времени тепло, рождённое в ядре Солнца, распространяется до его поверхности. Время диффузии фотона, грубо говоря.

(В 19 веке учёные попытались построить первую физическую модель Солнца, и не имея в виду источников его энергии, вычислили, сколько оно будет светить при условии, что вся энергия поступает из остывания и сжатия. Получилась как раз эта цифра, 30 млн лет. Она уже тогда была в конфликте с данными геологии - сотни млн лет истории Земли. Проблема оставалась до середины 20 века, когда Бете предложил ядерные реакции как источник энергии звёзд.)

Теперь, о том, как можно "взорвать Солнышко". Есть два разных режима: детонация и дефлаграция. Отличаются они тем, каким способом инициируется реакция там, где она ещё не идёт. В детонации, до этого места доходит сжатие, и реакция вспыхивает от сжатия. В дефлаграции, до этого места доходит тепло, и реакция вспыхивает от температуры. По этой причине, в детонации реакция распространяется вместе с ударной волной, которая всегда сверхзвуковая, а в дефлаграции - с диффузией тепла, которое распространяется не быстрее скорости звука в веществе. В повседневном употреблении это различие передаётся словами "взрыв" и "сгорание", когда, например, говорят, что порох в патроне сгорает, а не взрывается, и взрываться не должен. К слову, динамит взрывается с детонацией (а сгорает за много минут), ядерные и термоядерные бомбы тоже детонируют.

Видно, что время дефлаграции Солнца было бы порядка тех же самых 30 млн лет. Лишнее тепло, выделившееся при реакции, не разрушило бы Солнце, а максимум, раздуло бы его до красного гиганта. А вот время детонации не ограничено этим пределом (снизу). Ударная волна может увеличивать скорость до какой угодно величины - эта скорость зависит только от энергии волны. И поэтому характерное время детонационного взрыва Солнца - те самые 40 минут. Именно такое время занимают взрывы сверхновых звёзд, например (часы, с учётом разных поправок порядка единицы).

[DimaM]

Munin в сообщении #770230 писал(а):

ядерные и термоядерные бомбы тоже детонируют

Чисто ядерные, по-моему, нет. Ударная волна там используется исключительно для сжатия плутония, а взрыв вызывается распространением нейтронов, которое с ударной волной прямо не связано.

[Munin]

DimaM в сообщении #770231 писал(а):

Чисто ядерные, по-моему, нет. Ударная волна там используется исключительно для сжатия плутония, а взрыв вызывается распространением нейтронов, которое с ударной волной прямо не связано.

Да, я был неправ.

Поправки:
- на самом деле, режимов бывает больше, чем два, потому что реакция может инициироваться всякими проникающими излучениями и полями, а не только теплом и сжатием. Излучения и поля могут бежать впереди паровоза фронта волны, и быть самыми разными. Нейтроны, магнитные поля. Это вносит усложнения в случае ядерной бомбы, в случае взрывов в плазме. Например, распространение реакции по ядерной бомбе тоже ограничено, но не скоростью звука, а скоростью нейтронов (они вылетают с некоторым спектром скоростей, ограниченным сверху).
- типов бомб на ядерных реакциях существует тоже больше, чем два, и я в них не разбираюсь. Некоторые конструкции довольно сложны даже в концепции.

[Xey]

Munin в сообщении #770230 писал(а):

тепловое время (характерное время термодинамических процессов) - 30 млн лет;
...
тепловое время - это за сколько времени тепло, рождённое в ядре Солнца, распространяется до его поверхности. Время диффузии фотона, грубо говоря.

Так долго, кажется в "Физике космоса" писали , что время выхода фотона на поверхность около года?

[Munin]

Xey в сообщении #770239 писал(а):

Так долго, кажется в "Физике космоса" писали , что время выхода фотона на поверхность около года?

Не знаю, где это, но это неверно. Именно 30 млн лет. Да, удивительно долго, казалось бы. Но на самом деле, нормально: Солнце огромно. Огромно отношение объёма к поверхности.

Чтобы договориться с интуицией, предлагаю такой образ: представьте себе, что мы порезали Солнце на узкие ломтики, от маленькой площадки $dS$ на поверхности, и до центра. Каждый такой ломтик подобен стержню, который может остывать только с одного конца, а нагревается с другого. Длина 700 тысяч километров. А уравнение теплопроводности $u_t-a^2u_{xx}=f$ имеет второй порядок по координате, и только первый по времени - так что, при масштабировании его решений, если мы увеличиваем пространственный размер системы в $k$ раз, то по времени всё решение замедляется в $k^2$ раз.

[Vladimir-80]

Интуиция всё равно против!
Фотон, который мчится в вакууме со скоростью триста тысяч километров в секунду, который на преодоление расстояния, равное радиусу Солнца, тратит чуть больше двух секунд - внезапно тратит несоизмеримо огромное время на преодоление этого расстояния сквозь само Солнце! Понятно, что плотность материи велика, гравитация сильна, может ещё какие-то факторы внутри такого поражающего воображение объекта, как Солнце, играют свою роль... Но тридцать миллионов лет против двух с небольшим секунд - это более чем удивительно!
Кстати, родившийся в глубинах звезды фотон и фотон, покинувший её поверхность - это один и тот же фотон? Или внутри происходит многократное поглощение и переизлучение? И правильно ли я предполагаю, что от "черепашьей" к "световой" скорости фотон не скачком на поверхности звезды переходит, а ускоряется равномерно по ходу движения от центра к поверхности?

[Aritaborian]

Vladimir-80 в сообщении #770477 писал(а):

Интуиция всё равно против!

Интуиция вещь хорошая. Она движет науку, но наука основана не на ней, а на подтверждённых фактах.

[DimaM]

Vladimir-80 в сообщении #770477 писал(а):

И правильно ли я предполагаю, что от "черепашьей" к "световой" скорости фотон не скачком на поверхности звезды переходит, а ускоряется равномерно по ходу движения от центра к поверхности?

Неправильно.

[Someone]

Vladimir-80 в сообщении #770477 писал(а):

Интуиция всё равно против!
Фотон, который мчится в вакууме со скоростью триста тысяч километров в секунду, который на преодоление расстояния, равное радиусу Солнца, тратит чуть больше двух секунд - внезапно тратит несоизмеримо огромное время на преодоление этого расстояния сквозь само Солнце!

Интуиция — это личный опыт, усвоенный до такой степени, что срабатывает на подсознательном уровне. Там, где у Вас нет личного опыта, у Вас нет и интуиции. Но интуиция обладает тем недостатком, что очень легко и неосознанно экстраполируется на неопределённо широкую область. Поскольку человек не осознаёт, откуда взялись данные "выводы", он просто уверен, что именно так дело и обстоит, как ему кажется.

В случае фотона, распространяющегося внутри Солнца, Вы, возможно, представляете себе, что он идёт от центра до края практически по прямой, просто немного задерживаясь (как свет распространяется в прозрачной среде). Это ложная картина. Солнечные недра совершенно непрозрачны. Фотон квинтиллионы раз (я, кажется, сильно-сильно поскромничал) поглощается и переизлучается в случайном направлении (и с другой энергией), проходя от излучения до поглощение расстояние порядка $10^{-10}$ метра, а то и меньше, и после каждого такого переизлучения он меняет направление на случайное. Между прочим, при таком симметричном случайном блуждании расстояние, на которое фотон удаляется от центра, в среднем пропорционально квадратному корню из времени, то есть, чтобы удалиться в 10 раз дальше, требуется времени в 100 раз больше.

Что касается подсчётов этого времени, то ведь излучённый фотон — совсем не тот же самый, который был поглощён. Частица может поглотить несколько фотонов, а потом излучить один, или наоборот — поглотить один, а излучить несколько. Как тут следить за фотоном? Поэтому не обращайте особого внимания на эти 30 миллионов лет, тем более, что в разной литературе можно найти разные числа.

[Vladimir-80]

О, так гораздо интересней! Я действительно представлял себе фотон, который родился в глубинах звезды и более-менее равномерно двигался к её поверхности. Но с описанной вами картиной само понятие времени движения фотона от центра к краю теряет какой-либо смысл: пределы звезды покидают лишь фотоны, родившиеся относительно недалеко от её поверхности. Внутренние же фотоны могут неопределённое количество времени "пробиваться" наружу - и большую роль тут наверно играет случайность...

[Munin]

Vladimir-80 в сообщении #770477 писал(а):

Интуиция всё равно против!

Ну, в общем, я не для вас писал, а для Xey.

Vladimir-80 в сообщении #770477 писал(а):

Фотон, который мчится в вакууме со скоростью триста тысяч километров в секунду, который на преодоление расстояния, равное радиусу Солнца, тратит чуть больше двух секунд - внезапно тратит несоизмеримо огромное время на преодоление этого расстояния сквозь само Солнце!

Эта фраза, вообще-то, неверна. "Время диффузии фотона" - это образно. Речь идёт о том, что фотон поглощается, излучается новый фотон в случайном направлении, и так далее - и это уподобляется движению частиы сквозь газ, со случайными столкновениями и изменениями направления. Уже здесь должно быть понятно, что хотя летит молекула в газе (при комнатной температуре) со скоростью сотни метров в секунду, но ползёт по газу гораздо медленнее, согласно математической задаче случайных блужданий ("блужданий пьяницы").

Но это ещё не вся история. Дело в том, что фотоны в центре и на поверхности Солнца - разные. Разная у них энергия. В центре Солнца температура огромна - миллионы градусов - и фотоны в основном рентгеновские. А до поверхности доходят фотоны в основном видимой части спектра - соответствующие температурам единиц тысяч градусов. Энергия одного фотона делится на многие.

Someone в сообщении #770518 писал(а):

Поэтому не обращайте особого внимания на эти 30 миллионов лет, тем более, что в разной литературе можно найти разные числа.

Числа-то разные найти нельзя, потому что модель Солнца более-менее устоялась, как минимум с 70-х годов.

Но надо иметь в виду, что это число, 30 миллионов лет, гораздо большую роль в астрофизике играет не как буквальное "время прохождения фотона", а как характерное время для разнообразных процессов термодинамического типа. Именно для этого оно и вводится, вместе с двумя другими характерными временами, чтобы давать оценки тому, что и как может со звездой случиться.

Например, если вдруг Солнце станет цефеидой, то её период колебаний - а цефеиды раздуваются и сдуваются, меняя яркость и цвет поверхности, и площадь диска - будет в любом случае порядка динамического времени, 40 минут (коэффициент порядка единицы может превратить эту цифру и в часы, и в дни).

[Vladimir-80]

(Оффтоп)

Munin в сообщении #770530 писал(а):

Vladimir-80 в сообщении #770477 писал(а):

Интуиция всё равно против!

Ну, в общем, я не для вас писал, а для Xey.

Мне же тоже интересно

[Someone]

Ну, фотонов-то внутри Солнца страшно много. Они медленно просачиваются к поверхности, постепенно мельчая (в центре Солнца температура десятки миллионов градусов, и тамошние фотоны — это в основном гамма-кванты; а в приповерхностных слоях температура составляет около 6000 градусов, и там в основном фотоны видимого света (но есть, конечно, и ультрафиолетового диапазона, и инфракрасного).

Между прочим, тело человека за единицу времени вырабатывает больше тепла, чем такой же объём солнечного вещества в центральной области Солнца.

-- Пт окт 04, 2013 14:38:27 --

Munin в сообщении #770530 писал(а):

Числа-то разные найти нельзя, потому что модель Солнца более-менее устоялась, как минимум с 70-х годов.

Но надо иметь в виду, что это число, 30 миллионов лет, гораздо большую роль в астрофизике играет не как буквальное "время прохождения фотона", а как характерное время для разнообразных процессов термодинамического типа.

Это мне понятно. Но я имел в виду популярную литературу, которую, видимо, читает Vladimir-80, и в которой утверждение о времени прохождения фотона от центра до поверхности формулируется в буквальном смысле. И в такой литературе я встречал разные числа. Ещё в давние школьные времена.