Фраза «Бесконечность — не предел» из мультфильма «История игрушек» как нельзя лучше подходит для размышлений о Вселенной. Её истинные размеры, плотность и температурные режимы превосходят любые наши попытки представить их. Эта статья — попытка нащупать границы нашего воображения, чтобы хотя бы отдалённо оценить величие космоса, в котором мы живём.
От единицы до гуголплекса: язык космических чисел
Чтобы говорить о Вселенной, нужно освоить её язык — язык астрономически больших чисел. Начнём с простого: 1 (10^0) или 10 (10^1). Но космос требует иных масштабов. Тысяча (10^3), миллион (10^6, «мега»), миллиард (10^9, «гига») — эти приставки знакомы нам из мира технологий. К примеру, миллиард секунд — это более 31 года. Состояние Билла Гейтса, оценённое в 100 миллиардов долларов, если представить его в виде гамбургеров по доллару, позволило бы выложить дорожку, многократно опоясывающую земной экватор.
За миллиардом следует триллион (10^12, «тера»). Чтобы просто пересчитать до триллиона, называя по числу в секунду, потребовалось бы около 31 тысячи лет. Квадриллион (10^15, «пета») — это, по оценкам, общее количество муравьёв на Земле. Квинтиллион километров (10^18, «экса») — примерный диаметр нашей галактики Млечный Путь. В наблюдаемой Вселенной, как считается, около 10 секстиллионов (10^21) звёзд.
Но и это не предел. Количество атомов в наблюдаемой Вселенной оценивается фантастической величиной — 10^81. Ещё больше число гугол (10^100), вдохновившее название поисковой системы. А вершиной в этой иерархии для человеческого восприятия является гуголплекс — 10 в степени гугол (10^(10^100)). Это число настолько огромно, что для его записи в десятичной форме не хватило бы всех атомов во Вселенной. Существуют и ещё более абстрактные математические конструкции, вроде числа Скьюза, которые уже почти не имеют связи с физической реальностью.
Плотность: от абсолютной пустоты до невероятной сжатости
Плотность — ключевое понятие для понимания устройства Вселенной. Воздух, которым мы дышим, кажется разреженным, но в одном кубическом сантиметре его содержится около 2.5x10^19 молекул. Искусственный вакуум в лабораториях может достигать невероятной чистоты — около 100 молекул на кубический сантиметр. Однако настоящая пустота — в космосе.
Чтобы понять, насколько атом пуст, представьте: если ядро атома водорода (протон) будет размером с миллиметровую крошку, то весь атом займёт пространство, сопоставимое со 100-метровым зданием. При этом электрон на его орбите, согласно некоторым теориям, может быть размером с 1.6x10^-33 сантиметра. В межзвёздном пространстве на кубический сантиметр может приходиться всего один атом, а в межгалактической пустоте — один атом на целый кубический метр.
С другой стороны, существуют объекты чудовищной плотности. Если средняя плотность Солнца лишь в 1.4 раза больше плотности воды, то в его центре она достигает 160 граммов на кубический сантиметр. Абсолютными рекордсменами являются нейтронные звёзды. Кусочек такой звезды размером с напёрсток весил бы как сто миллионов слонов. Гравитация на их поверхности столь чудовищна, что для поднятия с неё листка бумаги потребовалось бы энергии, как для восхождения на отвесную скалу высотой в 20 000 километров.
Температурные крайности и грядущий конец
Температурная шкала Вселенной также поражает контрастами. Переведём привычные градусы в кельвины (К): 0°C = 273.15 К. Средняя температура на Земле — около 287 К. Поверхность Солнца раскалена до 6000 К, а в его ядре, где идут термоядерные реакции, температура достигает 15 миллионов К.
При этом средняя температура самой Вселенной, остывающей с момента Большого взрыва, составляет всего 2.7 К (-270.45°C). Согласно современным представлениям, расширение и остывание будут продолжаться. Звёзды, постепенно исчерпывая топливо, перестанут рождаться, а существующие — угаснут. Этот процесс, известный как «тепловая смерть Вселенной», растянется на невообразимые сроки.
Наша локальная история закончится гораздо раньше. Примерно через 5 миллиардов лет Солнце, превращаясь в красного гиганта, расширится, поглотив Меркурий и Венеру. Земля превратится в раскалённый безжизненный шар, её вода испарится, а сама планета в конечном итоге будет поглощена своей умирающей звездой.
Осознание этих масштабов — от непостижимой малости квантового мира до необъятности космоса и временных промежутков — заставляет с новой силой ощутить чудо нашего существования здесь и сейчас. Доброго дня, дорогой читатель и житель этой удивительной Вселенной!
Обратите внимание: Знакомство со Вселенной.
Больше интересных статей здесь: Звезды.
Источник статьи: Величие нашей Вселенной.