Помните мультфильм «История игрушек»? Помните, там был пластмассовый Базз? Так вот, Бесконечность не предел.
Вы когда-нибудь размышляли о Вселенной? Представляли себе её масштабы? Вы думаете, что она очень большая, но она ещё больше, ещё плотнее, разреженнее, чем вы думаете. Как бы вы ни думали о ней, она всё равно невероятней. В этой статье мы попытаемся вообразить себе её масштабы.
Первым делом, вспомним числа, которые мы все знаем, и которые, возможно, знаем не все.
Я уверен, все вы знаете число «Единица». Одно яблоко, один телефон. Тут много фантазии не надо, чтобы представить это число. Записываем это число просто как 1 или 10^0. Давайте увеличим нашу степень на один, и получаем число 10^1, которое называется «Десять». Десять тетрадок, десять этажей. Тут с фантазией тоже не должно быть проблем. Думаю, стоит ускорить наш темп. «Тысяча» записывается как 10^3. Один килограмм — это тысяча граммов. Один километр насчитывает в себе тысячу метров. Тут мы уже используем префикс «кило». Давайте добавим ещё нули. 10^6 это один миллион, один миллион использует приставку «мега». 10^9 это один миллиард, с приставкой «гига». Вы наверняка замечали, чем исчисляются размеры файлов на вашем компьютере или телефоне. В мегабайте 2^20 = 1 048 576 байт, это, конечно, не ровно миллион, но очень близко к нему, поэтому и решили оставить эту приставку. В гигабайте 2^30 = 1 073 741 824 байта, и ситуация с приставкой аналогична. Один миллиард секунд это более 31 года. Некоторые астрофизики даже отмечают свою миллиардную секунду жизни. Что ещё могут считать миллиардами? Семь миллиардов людей, живёт на Земле. По состоянию на 26 февраля 2020 года состояние Билл Гейтса оценивается как 98,3 миллиарда долларов. Давайте добавим ему виртуальных 1,7 миллиарда, и на это всё купим гамбургеров по цене 1 доллар. Оценим диаметр нашей покупки в 10 см, и попытаемся уложить от Москвы до Хабаровска. Хватит ли нам гамбургеров? Конечно. В результате мы уложим стенку из гамбургеров от Москвы до Хабаровска высотой 1 624 гамбургера. Высоковато, конечно. Давайте представим, что выложили гамбургеры по экватору. Итак, вычислим длину дуги окружности экватора. Делим нашу тропу гамбургеров на длину экватора и получаем 249 кругосветных путешествий. Пугает только то, что Билл не является самым богатым человеком в мире...
Ну а что идёт дальше миллиарда? Триллион с префиксом «тера» или 10^12. Не пытайтесь досчитать до триллиона, ведь у вас не получится. Даже если называть одно число в секунду, то вам понадобится на это тридцать одна тысяча лет. Дальше идёт квадриллион с префиксом «пета» или 10^15. Говорят, на Земле обитают около 10 квадриллионов муравьёв. Это около миллиона на человека. Надеюсь, у них нет планов, прекратить род человеческий, которые постоянно суют им палки в муравейники, и поджигают через лупу. Хотя, как по мне, так сейчас дети больше любят калечить и пакостить в цифровом мире, а эти лупы и палки в муравейнике им уже не так интересны...
Дальше идёт квинтиллион с приставкой «экса», или 10^18. Диаметр галактики Млечный путь составляет около одного квинтиллиона километров. Вы знаете, число больше квинтиллиона? Надеюсь, что да. Это секстиллион, который мы запишем как 10^21. В наблюдаемой части Вселенной десять секстиллионов звёзд. Давайте ускоримся. Говорят, в Наблюдаемой части Вселенной 10^81 атомов. Не знаю, как называется это число. Но знаю число, которое ещё больше, и у которого даже есть название, это гугол, или 10^100. Только не надо путать с Google. Говорят, всем известный поисковик действительно хотел назваться в честь этого числа, но при регистрации оказалось, что такой домен уже занят, и они написали googol с ошибками. Многие сервисы компании «Google» имеют в обратной зоне DNS записи, оканчивающиеся суффиксом «1e100.net». Зачем может понадобиться такое крупное число? Нет объектов, которых можно насчитать хотя бы с один гугол. Конечно, ведь можно считать не только предметы, но и события, которые могут произойти. А есть число ещё больше гугола? Да. Это гуголплекс, который записывается как 10 googol, или 10^(10^100). Такое число невозможно даже записать, ведь попросту не хватит места. Число содержит в себе гугол нулей, а значит что даже атомов не хватит для их записи.
Но такие большие числа не решены, практической пользы. Яаков Бекенштейн, считал максимальное число квантовых состояний нашей Вселенной, и получил 10^(10^124). Такое число содержит в себе тысячу двадцать четыре гуголплексов нулей. Есть ещё число именуемое, как «число Скьюза», которое записывается как 10^(10^(10^34)). Число, которое очень далеко от физической реальности, и простым людям страшно представить, для чего такие числа существуют, но математики, судя по всему, представляют.
Поговорим о плотности. Надеюсь, все понимают, что плотность — это объём, делённый на массу.
Обратите внимание: Знакомство со Вселенной.
Я это упоминаю в связи с тем, что недавно я разговаривал с одним химиком биологом, который занимается научно-исследовательской деятельностью, и разговор зашёл о том, что студенты, проходящие практику с каждым годом всё хуже. Так вот, он привёл в пример свой случай: к нему пришёл практикант на должность помощника лаборанта, и не смог выполнить задание вычисления плотности какого-то там вещества, по причине того, что просто не знает, как это можно посчитать плотность... Да уж... Нынешнее Российское образование пугает.Итак, давайте вернёмся к плотности. Вы знаете, какова плотность воздуха, который мы с вами вдыхаем? 2,5x10^19 молекул на один кубический сантиметр. В нём 21% кислорода и 78% азота. Воздух, наверное, плотнее, чем вы себе представляли. А что такое пустота? На уроках физики, в условиях задач, все мы, частенько слышали о вакууме. В лабораториях, для различных экспериментов их создают искусственно. Какой же плотности, смогли добиться наши учёные? На данный момент в лабораториях удаётся получить плотность ста молекул на один кубический сантиметр. Как вы думаете, существует ли плотность меньше? Конечно. Для начала вспомним строение молекулы. К примеру, возьмём всем известную нам молекулу воды, химическая формула которой H2O. Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. А из чего состоит самый простой атом водорода? Из одного ядра, которое содержит в себе один протон, и одного электрона, который вращается вокруг ядра. Давайте представим этот атом. Возьмём маленькую крошку, размером в сечении один миллиметр, и представим, что эта крошка является протоном атома водорода. Какое же тогда по размеру должен получиться сам атом водорода? Примерно 100 метров. То есть сечение атома в таком случае должно быть размером со здание, насчитывающееся в себе тридцать этажей. А вот диаметр электрона, который вращается вокруг ядра, мы до сих пор не можем измерить. Есть одна теория, которая только предполагает, что этот электрон может нам напомнить вибрирующую струну размером примерно 1,6x10^-33 сантиметра. Самое интересное, что атомы почти пустые, и между ядром и электроном нет никаких частиц.
Так где же плотность ещё меньше, чем в искусственно созданных вакуумов? В солнечном ветре, около земной орбиты плотность составляет около десяти протонов на один кубический сантиметр. В межзвёздном пространстве, на один кубический сантиметр может приходиться всего один атом. В межгалактическом пространстве плотность ещё меньше, и на один кубический метр может приходиться всего лишь один атом.
Теперь давайте поговорим о высокой плотности. Один грамм на кубический сантиметр составляет плотность воды, строение молекулы которой мы затронули выше. А какова плотность солнца? Если брать среднюю плотность солнца, то она будет всего лишь в 1,4 раза плотнее воды, но вот плотность солнца в его центре составляет около ста шестидесяти граммов на кубический сантиметр. А какая максимальная плотность нам известна? Есть звёзды, которые состоят преимущественно из нейтронов, а их атомные ядра лежат рядом друг с другом. На данный момент эти звёзды имеют максимальную известную нам плотность. Давайте попробуем представить её. Помните, как выглядит напёрсток? Вот если взять напёрсток, который швея одевает на большой палец, и впихнуть в него сто миллионов слонов, то масса этого напёрстка будет равно такой же, как и кусочек нейтронной звезды размером с этот напёрсток.
А что там у нас с гравитацией? В космосе есть места, с такой огромной силой гравитации, что преодолеть её не в состоянии даже свет. Если что-то или кто-то попал туда, то это оттуда уже не вернётся. Вы, наверное, уже догадались, что это за место. Верно, это известная всем чёрная дыра. Но давайте возьмём для примера что-нибудь попроще, например, нейтронную звезду, которую мы уже обсудили выше, плотность которой мы немного представили. Какова же сила тяготения у нейтронной звезды? Как можно измерить силу гравитации? Воспользуемся самым простым в представлении для этого случая. Чем сильнее сила гравитации, тем больше нам энергии понадобиться, чтобы поднять что-либо. Допустим, на луне, мне понадобится меньше энергии, чтобы поднять штангу, чем поднять такую же по массе штангу, но на Земле. Так давайте представим, что наша задача состоит в том, чтобы поднять небольшой лист бумаги с поверхности нейтронной звезды. Сколько же энергии нам понадобится для этого? Столько же энергии, сколько бы нам понадобилось взобраться на отвесную скалу высотой двадцать тысяч километров. Столько энергии как вы понимаете у нас нет.
Температура. Давайте вспомним и про неё. Говорить про температуру мы будем в кельвинах, поэтому давайте сначала вспомним что это такое. Ноль кельвинов соответствует -273,15 градусов Цельсия, соответственно 273,15 кельвинов соответствует 0 градусам Цельсия. На поверхности Земли средняя температура около 14 градусов Цельсия, что является 287,15 кельвинов. А какая температура у Солнца? На поверхности примерно шесть тысяч кельвинов, а в его центре около пятнадцати миллионов кельвинов. При такой температуре, протоны по причине их очень быстрого передвижения, преодолевают отталкивающую электростатическую силу, и прилипают друг к другу, тем самым рождая новые элементы.
А какова температура нашей Вселенной? Очень давно, примерно четырнадцать миллиардов лет назад, вся материя и пространство, которое мы сейчас наблюдаем было сжато в одну очень горячую точку. Но в результате её расширения, она остыла до 2,7 кельвинов. И она продолжает расширяться и остывать. Факты говорят нам о том, что Вселенная скоро умрёт. Её температура стремиться к нулю кельвинов и может остановиться на отметке 7x10^-31 кельвинов в силу эффекта, который открыл всем известный нам Стивен Хокинг. Звёзды рождаются, но потихоньку тратят своё топливо, и перестанут рождаться, а оставшиеся будут погасать одна за другой, и в результате погаснут все. Так и закончиться наш с вами космос. Но наша с вами планета погибнет намного раньше. Солнце начнёт расширяться до орбиты Меркурия, а потом и до орбиты Венеры. Всего лишь через пять миллиардов лет Земля превратится в горячую головёшку, пролетающей совсем рядом с солнцем. Вся наша вода испарится, а молекулы улетучатся в космос, жизнь исчезнет, и планета по спиральной траектории устремиться внутрь Солнца, где и испариться.
Доброго дня, дорогой мой читатель и житель Вселенной!!!
Больше интересных статей здесь: Звезды.
Источник статьи: Величие нашей Вселенной.