• Começa Com Um Estrondo

É assim que o Papai Noel pode entregar presentes para o mundo inteiro em uma noite

Embora seja uma tradição finlandesa visitar o Papai Noel (e talvez algumas renas) a bordo de um Concorde, seu voo real na noite de véspera de Natal exige muito trabalho e muita preparação. Para o melhor de nosso conhecimento da ciência do Papai Noel, aqui está como ele faz isso. (ERIC CHRETIEN/GAMMA-RAPHO VIA GETTY IMAGES)

Com 1,6 bilhão de lares no mundo, como o Papai Noel faz isso? Com um pouco de magia natalina… e muita ciência!

Como o Papai Noel faz isso? Em uma longa noite, um homem robusto e idoso, equipado com um trenó mágico e oito renas voadoras, entrega brinquedos para crianças em todos os lares do mundo.

A única captura? Eles têm que acreditar nele.

Você tem que se perguntar se isso poderia ser fisicamente possível. Se ele tivesse a tecnologia e a técnica certas, o Papai Noel poderia realmente fazer todas essas entregas? Com a população mundial agora superior a 7 bilhões de pessoas, é um trabalho mais difícil do que nunca para o Papai Noel. Mas com o poder da ciência – e talvez um pouco de magia de Natal – o Papai Noel está mais do que pronto para o desafio.

De acordo com a última pesquisa do Pew (2013) sobre o tema, apenas 31% das famílias “fingem” que Papai Noel visitará sua casa no Natal. Oh, vós de pouca fé. (USUÁRIO DO FLICKR MATTI MATTILA (L); CENTRO DE PESQUISA PEW (R))

Aqui está o que o Papai Noel tem que cumprir, em termos de número de famílias que ele precisa alcançar e a distância média entre elas.

• De acordo com a Wikipédia e extrapolando para o crescimento populacional desde a data da pesquisa, existem aproximadamente 1,6 bilhão de domicílios em todo o mundo.
• Como a Terra tem cerca de 25 milhões de milhas quadradas (65 milhões de quilômetros quadrados) de terra habitável, a distância média entre quaisquer duas residências é de aproximadamente 0,138 milhas (0,225 km).
• E, pelo menos nos Estados Unidos, Papai Noel vai fingir visitar 31% dos lares em qualquer ano. ( Finge para? Eu zombo de seu ceticismo de coração frio, Pew.)

Ao todo, o Papai Noel tem a responsabilidade de entregar presentes para cerca de 500 milhões de lares, com uma separação média que sobe para 0,33 km quando você contabiliza as casas que o Papai Noel não pode visitar.

O NORAD, o Comando de Defesa Aeroespacial da América do Norte, desempenha muitas funções para o tráfego aéreo sobre o continente norte-americano, incluindo a responsabilidade de reabastecimento de caças em exercícios e treinamento de combate (como mostrado aqui), além de rastrear o Papai Noel, o que eles fazem todos os anos infalivelmente por gerações. (KENN MANN/USAF/GETTY IMAGES)

Embora isso represente muitas visitas e uma enorme distância para viajar, o Papai Noel não tem muito tempo para realizar tudo. Começando do pôr do sol na véspera de Natal de um lado da linha internacional de data (na Rússia) e terminando pouco antes do nascer do sol no dia de Natal do outro lado (no Alasca), o Papai Noel tem pelo menos o benefício de estar perto do solstício de inverno, que dá-lhe algum tempo extra no Hemisfério Norte.

Devido aos fusos horários, à linha internacional de data e às variações nos horários do pôr do sol/nascer do sol entre locais e latitudes, o Papai Noel acaba com um máximo de 42 horas para atingir esses meio bilhão de lares. Nesse breve tempo, o Papai Noel tem que realizar as seguintes tarefas:

• viajar para cada casa, uma distância média de 0,205 milhas (0,33 km) da casa anterior,
• sair de seu trenó e entrar na casa sem ser detectado,
• entregar todos os presentes,
• comer qualquer lanche que sobrou para ele,
• e então deixe a casa sem ser detectado, monte o trenó e vá para a próxima casa.

Papai Noel entregou presentes em todo o mundo, e avistamentos foram relatados em lugares inesperados, como na Casa do Papai Noel na Cidade Velha de Jerusalém, Israel. (GETTY)

A ideia de que uma pessoa pode realizar todas essas tarefas cerca de 500 milhões de vezes em um período de 42 horas parece um desafio assustador. (Na verdade, inúmeros pais de crianças que já acreditaram no Papai Noel podem fornecer testemunhos sobre o desafio que é para uma família!) Mas o Papai Noel não se intimida com a tarefa monumental que tem pela frente.

Com 500 milhões de lares para visitar e 42 horas para fazê-lo, isso significa que o Papai Noel tem um total de apenas 300 microssegundos (0,0003 segundos) para realizar tudo o que ele precisa realizar por família.

Parece impossível? Talvez para um humano normal com tecnologia convencional, claro. Mas o Papai Noel pode ser apenas o maior cientista do mundo, como Recentemente, disse à Big Picture Science e ao SETI Institute . E se você aceita a ciência, deve ter fé no Papai Noel também. Vamos dar uma olhada em cada uma das objeções que você pode ter.

Muitas representações populares do Papai Noel não o envolvem seguindo o caminho ideal conforme determinado pela ciência, mas isso não deve de forma alguma nos levar a concluir que o Papai Noel não pode fazer o trabalho. Na verdade, a ciência nos diz exatamente como ele faria isso acontecer! (USUÁRIO DO FLICKR DEIXA SAIR BOURNEMOUTH E POOLE)

1.) Não há como o Papai Noel viajar para cada casa tão rapidamente . Essas velocidades não são tão ruins; em comparação com os veículos que projetamos, as velocidades de que o Papai Noel precisa não são tão rápidas. Pelo menos, não em comparação com a relatividade e a velocidade da luz. Para mover essa distância média de 0,33 km de casa em casa, assumindo um tempo de 150 microssegundos (que é metade do tempo total permitido em cada casa), o Papai Noel precisa viajar a cerca de 1.367 milhas por segundo (2.200 km/s).

Claro, isso pode parecer muito rápido em comparação com seu trenó típico, ou até mesmo seu carro, trem ou aeronave supersônica típica. Mas isso é menos de 1% da velocidade da luz e muito mais lento do que as partículas emitidas por átomos radioativos, aceleradores de partículas ou até mesmo pelo Sol.

Se você abastecer bem as renas, não há razão para acreditar que o Papai Noel não possa fazer essa jornada de casa em casa em tempo recorde.

Certamente, viajar a velocidades incrivelmente altas com um cockpit aberto seria uma proposta devastadora para a maioria dos seres humanos, incluindo o Papai Noel. Mas com os avanços tecnológicos certos aplicados, pode ser possível voar para meio bilhão de lares em uma única noite louca sem se machucar. (WIKIMEDIA COMMONS USUÁRIO GLOGGER)

2.) Não há como um trenó aberto - e um Papai Noel dentro - aguentar o calor ou a aceleração gerada . Primeiro, há a objeção do calor. Movendo-se a essas velocidades intensas, as forças de atrito da atmosfera por si só poderiam ser um desastre; a única coisa com a qual estamos familiarizados que colide com a atmosfera nessa velocidade são meteoros e satélites que reentram na atmosfera.

O Papai Noel precisaria se dissipar em algum lugar na ordem de alguns trilhões de Joules de calor a cada segundo de viagem, o que é uma quantidade tremenda. Sem qualquer proteção, você poderia esperar que o Papai Noel, voando pela atmosfera em velocidades de chuva de meteoros, queimasse da mesma forma que um satélite durante a reentrada.

O astronauta Bob Crippen com a cápsula Gemini-B e o escudo térmico severamente marcado e danificado (mas intacto!). É muito difícil sobreviver à reentrada em uma atmosfera em velocidades ainda mais baixas do que o Papai Noel provavelmente encontraria, mas talvez a tecnologia no nível do Pólo Norte nos dê exatamente o que precisamos. (NASA/KIM SHIFLETT)

Mas há duas saídas:

• Ele poderia ter um escudo térmico protegendo tanto a rena quanto a si mesmo, permitindo que ele viajasse livremente. Isso é um problema, no entanto, se estivermos considerando um abrir trenó, que não deixará o piloto protegido por definição. Mas a segunda opção pode superar até mesmo isso.
• Ele poderia ter um veículo tão aerodinamicamente avançado que o ar à sua frente fosse evacuado, deixando apenas uma brisa suave. Certifique-se de que o Papai Noel tenha oxigênio para respirar e estamos prontos para ir.

As acelerações são um pouco mais ásperas, lembre-se. Ir de 0 a 60 milhas por hora em um décimo de segundo é um desastre para a maioria das pessoas; você desmaiaria (ou pior) com a aceleração. Isso supondo que você experimente apenas 27 g s de força, onde 1 g é a aceleração da Terra. Mas o Papai Noel, para atingir apenas sua velocidade média viajando de casa em casa, precisa de 1,5 bilhão de g s.

Mesmo se considerarmos que a maior parte da população mundial está concentrada em áreas urbanas, a aceleração e desaceleração durante a viagem de telhado a telhado seriam catastróficas nesses curtos intervalos de tempo.

O recorde de resistência humana em tempos curtos é de 83 g s, do Major John Beeding em um trenó-foguete. A ideia de que os humanos poderiam suportar essas incríveis acelerações/desacelerações foi lançada por John Stapp, que testou seus dispositivos em si mesmo nas décadas de 1940 e 1950.

Mas o Papai Noel não está condenado por essas restrições; ele simplesmente precisa implementar a solução correta. Tudo o que ele precisa, para sobreviver a essa jornada nessas velocidades e acelerações, é uma maneira de manter seu sangue fluindo normalmente pelo corpo. Um traje suficientemente pressurizado, combinado com um sistema de turbina biológica que é muito mais poderoso que um coração humano, poderia facilmente fazê-lo.

Claro, a modificação biológica não é o que você pensa quando pensa no Papai Noel, mas certamente a felicidade das crianças de todo o mundo vale uma pequena cirurgia de substituição de órgãos?

O astronauta Stephen K. Robinson, especialista da missão STS-114, ancorado em um apoio para os pés no Canadarm2 da Estação Espacial Internacional, participa da terceira sessão de atividade extraveicular (EVA) da missão. Tal dispositivo mecânico ancorado poderia ser facilmente anexado a um trenó para o Papai Noel, mas a física oferece uma opção ainda melhor. (NASA)

3.) Como o Papai Noel pode entrar em todas aquelas casas tão silenciosamente e nunca deixar pegadas? Furtivo não é exatamente a imagem que você tem em mente quando pensa em um homem idoso com excesso de peso viajando pelo mundo e usando botas. Pode ser tentador pensar em colocar o Papai Noel dentro de um equipamento mecânico – seja através de uma chaminé, janela ou outro ponto de entrada – mas as leis da física oferecem uma opção ainda melhor.

No universo quântico, porém, há uma probabilidade finita de que, se você estiver de um lado de uma barreira e se deparar com ela, não irá simplesmente colidir com ela ou ricochetear. Em vez disso, você pode passar para o outro lado. Esse fenômeno de tunelamento quântico é conhecido por ocorrer e deve resultar em uma probabilidade finita de até mesmo objetos macroscópicos fazê-lo, embora com probabilidade muito baixa.

Quando uma partícula quântica se aproxima de uma barreira, ela interage com mais frequência com ela. Mas há uma probabilidade finita de não apenas refletir sobre a barreira, mas também fazer um túnel através dela. Se o Papai Noel pudesse aproveitar essa possibilidade, seria uma opção mais limpa, segura e superior a descer uma chaminé. (YUVALR / WIKIMEDIA COMMONS)

Poderia o Papai Noel ter dominado completamente o controle sobre esse fenômeno? É a solução mais elegante para um problema difícil, permitindo que o Papai Noel:

• entrar em qualquer casa à vontade,
• trazer os presentes que ele queria para dentro,
• deixar os presentes que ele queria onde ele escolheu,
• e depois sair, sozinho, para voltar ao seu trenó.

Como ele é o maior cientista da história da humanidade, eu nunca apostaria contra o Papai Noel.

Ao simplesmente chegar com os presentes nos locais certos, entregar os presentes de Natal pode ser tão rápido e fácil quanto o Papai Noel simplesmente soltar os pacotes que ele trouxe para casa. (GETTY)

4.) Como ele pôde entregar os presentes tão rápido? Entregar presentes não precisa levar muito tempo. Desde que o Papai Noel chegue ao local correto, tudo o que ele precisa fazer para entregar esses presentes corretamente é o seguinte: soltá-los. Traga-os a uma pequena e insignificante distância acima do solo, logo abaixo da árvore, e solte-os.

É isso! Com os presentes entregues, é para a próxima casa, depois de apenas mais uma tarefa importante.

Os petiscos deixados para o Papai Noel podem deliciar seu paladar e fornecer combustível ao seu corpo, mas seu verdadeiro propósito deve ser alimentar as renas que impulsionam seu fantástico voo de Natal. (USUÁRIO PIXABAY JILL111)

5.) A ingestão dos petiscos de Natal . Isso realmente funciona brilhantemente. Você vê, é preciso uma tremenda quantidade de energia - e, portanto, combustível - para arrastar um trenó cheio de presentes para 500 milhões de famílias em todo o mundo. Claro, você pode imaginar que suas renas voadoras já são mágicas, então talvez elas possam magicamente cuidar disso. Mas, em vez disso, sejamos científicos e lembremos que tudo deve obedecer à conservação de energia, até o Papai Noel.

Então, quanta energia é realmente necessária para levar esses presentes por todo o mundo?

Supondo que o Papai Noel tenha cerca de 4,5 libras (2,0 kg) de presentes para entregar em cada casa, isso soma cerca de um milhão de toneladas métricas de presentes em seu trenó totalmente carregado. (Fica mais claro à medida que a noite avança.) Isso é cerca de 4.000 vezes a capacidade de carga útil da maior aeronave da Terra: o Antonov An-255, que é usado para transportar o ônibus espacial.

O avião capaz de levantar a carga mais pesada é o Antonov An-225 Mriya Cossack, mostrado aqui sendo rebocado no solo com o ônibus espacial soviético Buran nas costas. Este avião é movido por um combustível de base química, que é apenas 0,001% eficiente para sua massa. (GETTY)

Combustível de foguete é caro, claro, mas também é ineficiente! Apenas cerca de 0,001% da massa do combustível de foguete é transformada em energia; o resto é simplesmente desperdício, peso morto. Mas e se as renas do Papai Noel - o verdadeiro poder por trás do vôo épico do Papai Noel - pudessem transformar leite e biscoitos em energia através do Einstein? E=mc² ?

Surpreendentemente, as pequenas quantidades de massa em um único biscoito pequeno poderiam alimentar o Papai Noel e todos os brinquedos do mundo de uma casa para outra, porque E=mc² é 100% eficiente. As sobras, é claro, são todas para a diversão do Papai Noel.

A famosa foto do Nascer da Terra tirada pela tripulação da Apollo 8 em 1968. Esta foi a primeira missão tripulada a deixar a órbita baixa da Terra e a primeira vez que um astronauta relatou um avistamento do Papai Noel. (NASA)

Claro, existem muitas narrativas fictícias da história do Papai Noel, onde ele conta com tecnologia, magia ou uma série de ajudantes, mas essas são para os céticos que não entendem o verdadeiro poder da magia do Natal. Afinal, você nunca deve esquecer a lição mais importante que aprendemos com a Apollo 8, a primeira espaçonave tripulada a deixar a órbita baixa da Terra. A seguinte conversa entre Ken Mattingly (no controle da missão em Houston) e Jim Lovell (a bordo da Apollo 8) há 50 anos:

089:32:50 Mattingly : Apollo 8, Houston. [Sem resposta.]
089:33:38 Mattingly: Apollo 8, Houston.
089:34:16 Lovell : Houston, Apollo 8, fim.
089:34:19 Mattingly: Olá, Apollo 8. Alto e claro.
089:34:25 Lovell: Roger. Informamos que há um Papai Noel.
089:34:31 Mattingly: Isso é afirmativo. Vocês são os melhores a saber.

Com toda a ciência que conhecemos, há apenas um mistério que ainda não sabemos como responder sobre o Papai Noel. Com todos esses presentes para entregar, quando ele encontra tempo para ir ao banheiro?

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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