Аннотация: Книга о Вселенной и о человеке. Всё самое удивительное с точки зрения науки, простыми словами. Насколько реальна реальность? (подробное описание в предисловии книги)
Реальна ли реальность
Или
Книга обо всём
Содержание:
Глава 1: Космос, видимая Вселенная.
Ч.1 Размер космоса.
Ч.2 Движение в пространстве.
Ч.3 Звёздное вещество.
Ч.4 Размеры звёзд.
Ч.5 Плотность планет и звёзд.
Ч.6 Возможно ли существование другой разумной
жизни во Вселенной?
Глава 2: Атомы. Из чего всё состоит.
Ч.1 Всё из пустоты.
Ч.2 Нет чётких границ.
Ч.3 Как из атомов образуются вещества.
Ч.4 Опыт Юнга.
Ч.5 Квантовый компьютер.
Ч.6 Как работает Солнце?
Глава 3: Мозг и деятельность мозга. Как работают наши чувства.
Раздел 1. Мы видим глазами или мозгом?
Раздел 2. Цвет.
Раздел 3. Что такое звук и как мы его слышим.
Раздел 4. Вкус. Обоняние. Что такое запах?
Раздел 5. Осязание.
Раздел 6. Мозг, подключённый к компьютеру.
Раздел 7. Мозг человека.
Раздел 8. Мозг, разделённый пополам.
Глава 4: Человек, работа организма, обновление клеток
Ч.1 Клетки.
Ч.2 ДНК.
Ч.3 Деление клеток и развитие нового организма.
Ч.4 Как появилась жизнь. Первая клетка.
Глава 5: Микроорганизмы. Кто живёт на нашем теле; кто живёт
внутри нас; кто живёт вокруг нас.
Глава 6: Теории происхождения Вселенной:
Ч.1) Теория Большого Взрыва.
Ч.2) Теория голографического строения Вселенной.
Ч.3) Сознание и солипсизм.
Ч.4) Мультивселенная.
Ч.5) Виртуальная реальность.
Ч.6) Заключение.
От автора:
Я не отношусь к тому числу людей, кто умеет грамотно и красиво излагать свои мысли на бумагу; не отношусь к тем, кто управляет словами, выстраивая их в предложения, будто нанизывая жемчужины на бусенную нить. Я не литератор и не оратор, и мой текст может показаться достаточно "корявым" искушённому читателю, но всё же рассчитываю на понимание этой книги, ведь моя первостепенная задача - написать просто и понятно, обычными словами, не затрагивая как сложные научные понятия и термины; так и не менее сложную художественную окраску текста. Я надеюсь на снисхождение читателя, учитывая научно-популярную тематику книги, не требующую обязательного художественного стиля написания.
Предисловие:
Книга, что находится у вас в руках вовсе не о какой-то околонаучной фантастике, что можно предположить исходя из названия, но то о чём в ней говорится, может показаться поистине удивительным и фантастичным. Достаточно ли хорошо вы представляете размер космоса, и какие расстояния отделяют нас от галактик и звезд? Уже несколько десятков лет к звёздам летит космический аппарат созданный человеком, который несет на своем борту информацию о нас, но на много ли он приблизился к своей цели за это время? Сколько еще десятков, сотен, или даже тысяч лет ему понадобится, чтобы долететь хотя бы до самой близкой, соседней звезды?
Из чего состоят планеты нашей солнечной системы? Почему юпитер не имеет плотной поверхности? Из чего состоит солнце, как оно работает, и за счет чего светит? Как долго свет идет от него до земли, как долго свет идет от других звезд, и правда ли что мы смотрим в прошлое, наблюдая за ночным небом? Как устроено наше зрение, и как мы воспринимаем свет и цвет объектов? Что вообще такое свет и от чего зависит цвет предмета? Верно ли выражение, что мы видим скорее мозгом, а не глазами? Как наш мозг получает информацию от всех органов чувств? Что такое звук, как он образуется, как распространяется, и как мы его слышим? Мы часто сталкиваемся с приятными или неприятными запахами, но как мы понимаем природу запахов? Запах - это наличие в воздухе летучих молекул пахнущего объекта, чтобы почувствовать любой запах - молекулы вещества должны попасть нам в нос; давайте же изучим этот процесс и всё остальное более подробно. Разве всё это недостаточно интересно, для того чтобы потратить несколько часов на чтение? Это время не будет потеряно зря, и надеюсь, что не ограничится лишь монотонным поглощением информации, я хочу пробудить в вас интерес первооткрывателя, интерес философа, мыслителя - назовите как угодно, суть в том, что здесь вы найдёте о чём подумать и поразмышлять. Мы поговорим о молекулах и атомах, как они образуют все живое и неживое во вселенной, откуда взялись химические элементы для наших тел, что это за элементы и сколько их, верно ли что мы - всего лишь звездная пыль? Все атомы состоят из пустоты, молекулы всех предметов и молекулы вашего тела находятся в постоянном движении, мы разберем, от чего это зависит и как это происходит. Из чего состоит ваше тело на уровне атомов и клеток? Сколько клеток составляют ваш организм, каких клеток в человеке больше - его собственных, или клеток различных микроорганизмов, живущих снаружи и внутри его тела? Кого больше, людей населяющих землю, или микробов населяющих отдельно взятого человека? Сколько грамм или даже килограмм живых бактерий вы предполагаете в теле одного человека? Что будет если убрать всю пустоту из атомов всех людей на земле, или из одного отдельно взятого здания - до каких бы размеров всё уменьшилось, изменился бы тогда вес? Насколько большие встречаются звезды во вселенной, сколько вообще галактик, звёзд и планет в видимой вселенной?
Можем ли мы ответить на эти и другие вопросы со стопроцентной точностью, какие теории можем предположить, и как можем их обосновать? Ваш мозг состоит из клеток, которые в свою очередь состоят из химических элементов, как он работает, как управляет телом, как формирует наше сознание, мысли, и разум? Клетки нашего организма постоянно обновляются, как это происходит и с какой скоростью? Если к 50 годам клетки, составляющие органы тела человека, множество раз обновились, почему люди стареют, и все ли клетки способны к обновлению? Все мы слышали про ДНК человека, но все ли правильно представляем, что это такое? Сильно ли отличается наша ДНК, от ДНК других представителей животного мира? Как зарождается человек, и как ему передаются гены родителей? Как на земле появилась первая клетка, правда ли что она дала начало всему животному разнообразию? Что отличает живое существо от неживого объекта природы? Есть ли различие живой и неживой природы на уровне атомов и молекул? Что такое жизнь? Возможна ли в космосе другая разумная жизнь?
Вопросы, вопросы... В этой книге я постараюсь дать максимально научные ответы на большинство этих, и на ряд других вопросов. Стоит сразу заметить, что я всецело за научное понимание мира, я сторонник исследований, наблюдений и доказательств; и противник смутных рассуждений и неправдоподобной информации. Даже в разговоре о других разумных цивилизациях, не будет рассказов про какие-то НЛО, или о том, что кого-то похищали пришельцы и т.п. Здесь, как и везде, мы будем опираться только на научные данные и логические рассуждения, но к чему они могут нас привести? Найдём ли мы ясность и понимание сути всего происходящего, или получим ещё больше поводов для вопросов и раздумий?
В названии книги звучит вопрос: реальна ли реальность? Кажется, что ответ очевиден, мы видим и воспринимаем вполне обычный и объяснимый мир, но все ли мы хорошо знаем его устройство, и не скрылись ли от нашего внимания какие-то интересные моменты нашей реальности? К каким размышлениям может привести научная информация и предположения ученых и философов? Может ли отдельный мозг, помещенный в условия для жизнедеятельности, воспринимать себя активным и живущим человеком? Как это можно обосновать? Может ли вся вселенная быть чем-то иным, не тем, какой мы привыкли ее воспринимать? Могут ли наши чувства и мысли влиять на нас самих и на окружающую действительность? Если мы наблюдаем за элементарными частицами, можем ли мы влиять на их поведение, только фактом своего наблюдения?
Вторая часть названия - книга обо всём. По сути это сборник из различных областей науки, но очищенный от сложных научных понятий и терминов. В какой-то степени, это скорее понимание устройства и работы многих вещей во вселенной, рассказанное максимально просто и доступно. Стоить заметить, что в этой книге я высказываю не сугубо личное мировосприятие, и не опираюсь на какое-то свое понимание вселенной. Всё что вы прочтёте, не связано оковами личных предпочтений; я стараюсь приводить максимально точные научные данные и объяснения по тому или иному вопросу, затронутому в этой книге. В тех вопросах, где не имеется полностью доказанного ответа, я буду приводить основные предположения ученых, с точки зрения так скажем, классического понимания вселенной. Я имею ввиду, что я абсолютно против какой-то мистики и фантастики, но многие выводы звучат по истине удивительно; строение и принципы работы многих вещей и процессов во вселенной восхищают и завораживают ум; и этот мир вовсе не так прост, скучен и обыден, как может показаться на первый взгляд.
К чему-то из написанного в этой книге вы можете отнестись с недоверием или посчитать что-то просто невозможным. Возможно ли, что возможно всё? Спорьте со мной, не соглашайтесь, ищите опровержения, но будьте внимательны в поисках, так как существует множество информации, основанной на неверных данных или на устаревшем понимании некоторых вещей во вселенной. Любые ваши поиски и размышления это, несомненно, тот результат, на который я так нескромно надеюсь. Ваш интерес ко вселенной - вот моя первостепенная цель. В спорах и сомнениях рождается истина, найдите свою истину, подумайте о ней, насколько она непоколебима?
Научные данные и открытия могут приподнять завесу тайн нашего удивительного мира, но в то же время и скрыть их от понимания сложными и скучными научными текстами; из разнообразия затрагиваемых вопросов, следует сильная разрозненность информации и фактов. Очень редкий научно-популярный фильм затронет хотя бы несколько различных направлений в науке, и рассказывая об одном, может упустить важную ветвь размышлений и рассуждений, которые бы могли представить мир перед глазами зрителя в более широком и развернутом виде. В научных статьях можно зачастую встретить какие-то сложные математические расчеты, не особо понятные формулы, и сложные термины которые и выговорить с первого раза не всегда получается, а уж когда весь текст пестрит подобной абракадаброй, нам, людям не принадлежащим к ученым кругам, довольно скучно и утомительно усваивать данный текст и вникать в его суть. Давайте отбросим из нашего предстоящего разговора все, что нам не сильно важно и интересно, давайте говорить обо всем максимально просто, сжато, и доступно. Я не буду перегружать книгу различными датами открытий и экспериментов, фамилиями многих ученых, которые стали первопроходцами в понимании какого-либо момента мироздания и тех, кто проводил доказательную работу; не буду приводить имена тех, кто был светилом науки в свое время, а сейчас чьи заслуги увековечены в научных кругах.
Во времена инквизиции многих людей, сделавших шаг вперед в понимании вселенной и открывших свой ум для более широких взглядов на мироустройство - нарекали еретиками, и даже сжигали на кострах, если человек не отрекался от своих взглядов, и не присягал на верность церкви. Развитие человеческой цивилизации от уровня средних веков, до сложного, технологического мира сегодня, обязано многим смелым и самоотверженным ученым, которые не могли закрыть глаза на свои догадки, расчеты, и открытия; которые не боялись смерти во имя науки, до последнего момента восхищаясь величием вселенной и расшатывая обыденный мир, в котором солнце крутилось вокруг земли, небо было твердым куполом, а объяснения существования и появления всего этого, сводилось к единому создателю. С тех пор множество создателей сменилось в мировоззрении наших далеких предков, за все время люди преклонялись сотням разных богов; множество вер и религий давали свои ответы, но что еще тогда могла предположить развивающаяся человеческая цивилизация? Какие дать объяснения и что вообразить, кроме того, что все было создано богом, при помощи магии и волшебства? Это было достаточно просто и интуитивно понятно для времен, предшествующих зарождению науки.
Сложно представить, насколько сильной надо было быть личностью, чтобы идти против общего мировоззрения, чтобы не убояться своих мыслей и осуждения окружающих. Я ни в коем случае не умаляю значение людей, которые первыми начали постигать тайны вселенной, а так же значение тех, кто выбрал и продолжил, пожалуй, самый нелегкий путь. Я отдаю им дань уважения, и хотя моя книга возможна для написания благодаря всем этим людям, я практически не буду упоминать тех, кто внес свой вклад в науку, какие методы для этого использовал, с какими сложностями столкнулся и т.п. Я не буду ссылаться на учёных, проведённые эксперименты, и другие доказательства и подтверждения; и осознаю возможность восприятия текста, как чего-то надуманного и голословного, но иду на это, с целью не отвлекаться от основной идеи данной книги, для того чтобы не заострять внимание на информации, которая неизбежно утяжелит текст или будет уводить наш разговор в сторону.
Конечно, нам придется затронуть некие сложные для понимания (а скорее для объяснения) вещи, например атомы, которые очень сложны, но в то же время очень интересны. Нам необходимо иметь более-менее четкое представление о них, ведь они составляют абсолютно все вещество во вселенной, и разве мы можем хоть о чем-то компетентно рассуждать, если при этом не имеем представления о мельчайших кирпичиках, в своём разнообразии составляющие всё, что мы можем наблюдать? Как мы можем до конца осознавать строение и механизмы работы нашего тела, если в размышлениях мы не подразумеваем квантовый мир молекул и частиц?
Конечно, можно пропустить главу об атомах и читать только то, что вас больше заинтересовало, о работе человеческого тела и мозга, или сразу перейти к теориям возникновения вселенной. Но все же я советую прочитать всё, от начала и до конца, чтобы при прочтении любой части или главы, вы учитывали предшествующую ей информацию; чтобы не упустили нить моего, возможно все же, немного путанного рассказа; и для того чтобы подойти к размышлению над каждой последующей частью книги, с учётом тех моментов, что мы затронули ранее. Вполне возможно, что в этом случае, вопрос о реальности окружающего мира уже не будет казаться таким вздорным и абсурдным. Научные теории и предположения не будут казаться такими уж невозможными или маловероятными - по большому счету, результаты будущих научных достижений могут подтвердить абсолютно любое понимание вселенной, а возможно и предложат новые, еще более невообразимые грани нашей реальности.
Я не утверждаю, что эта книга изменит ваше мировоззрение, но она даст вам пищу для размышлений. Мир для вас кажется простым и понятным? Вы думаете, что у ученых есть ответы на все научные вопросы? Может быть, вам кажется, что многие поколения ученых уже тысячу раз все обдумали и поняли устройство всего во вселенной? Думаете, что для вас не осталось ничего интересного и неразгаданного?
Научный мир постоянно пополняется новыми открытиями и новыми знаниями, впитайте их в себя, отвлекитесь хоть ненадолго от обыденности и рутины. Конечно, многое из этой книги вам известно, что-то все мы проходили еще в школе, хотя возможно многие из нас "проходили мимо", но давайте не будем слишком строги к себе, разве в школьные годы можно было этим всерьез заинтересоваться? Разве школьные программы дают понятные и исчерпывающие объяснения?
научный мир постоянно меняется и дополняется, поэтому то что вы слышали когда то давно, возможно сейчас уже опровергнуто или изучение данного вопроса было углублено и сейчас имеются новые интересные данные. Благодаря развитию техники и науки нам постоянно открываются новые границы реальности и мироздания. Погрузитесь в этот мир, ведь этот мир вас окружает, вы частичка огромной и сложной системы, но вы очень важная ее часть. Вы тот, кто может познать этот мир, тот, кто может наполнить его осознанными мыслями и размышлениями. Вам может открыться понимание того, что еще не смогли понять ученые, экспериментаторы, практики и философы. Думаете что это не возможно? Для вашего разума нет границ, для вас нет преград и чего-то невозможного. Вам доступно все. Вам доступна вся вселенная!
Хоть я и пытался объяснить все связанно и понятно, но вполне допускаю, что цепь размышлений и мыслей, которые складывались в голове в лаконичный и последовательный текст - могут достаточно сильно отличаться от тех скупых слов, что в итоге легли на бумагу. Прочитав часть или главу, обдумайте ее. Перечитайте ее, если сразу не уловили суть. Проблема не в том, что вам может показаться что то сложным для понимания, скорей всего проблема в том что мне было тяжело красочно и ёмко выразить всё, что задумывалось для этой книги, посредством обычных слов и предложений.
Эта книга не писалась в строгой последовательности, и я не представляю, как она будет восприниматься целиком. В процессе написания мне приходилось перескакивать с одного на другое, иногда я возвращался к уже написанным главам и разделам, дополнял их, или даже переписывал по новой. Я как бы упорядочивал и уточнял свои знания по всем рассматриваемым вопросам, размышлял, задавался новыми вопросами. Несколько раз я сталкивался с тем, что не мог о чём-то подробно рассказать, так как сам изначально не владел всей информацией и пониманием этого момента, и я принимался за поиск ответов и объяснений. Мне приходилось встречать множество противоречивой информации, и тогда своей задачей я видел необходимость найти наиболее достоверные данные, а потом объединить всё в более-менее последовательный текст. Проделанная мною работа это вовсе не главная составляющая этой книги; в ней, куда большую роль сыграют ваши мысли и ваша тяга к познанию Вселенной. Ваши размышления дадут необходимый объем и понимание того, что я написал; ваш мыслительный процесс передаст и откроет то, что я не смог передать. Вас окружает огромная и интересная вселенная - она вся может поместиться в ваших мыслях. Ваш разум это источник новых идей, дайте ему волю, дайте волю размышлениям; направьте свой ум на познание окружающего мира - и, возможно именно вам, он откроет все свои тайны.
Глава 1. Космос, видимая Вселенная.
Ч.1 Размер Вселенной.
Когда вы смотрите ясной ночью на небо, что вы видите? Луну и звёзды? Верно, но вы знаете что, видя звёзды, вы видите прошлое? Не верите? Тогда давайте поговорим о космических расстояниях и скорости света, и конечно будем опираться только на научные данные.
И так, чтобы разобраться в космических расстояниях нам придётся пользоваться такой длиной как световой год, так как километры и даже миллионы километров теряют в космосе свою актуальность. Световой год - это расстояние, которое свет преодолеет за год. Сразу давайте проясним, что свету требуется определённое время, чтобы переместиться в пространстве. Приведём пример: Вы стоите на крыше дома и смотрите вдаль, я же стою далеко на горизонте и подаю в вашу сторону одиночную вспышку мощным фонарём. Через сколько вы увидите эту вспышку? Практически моментально. Свет настолько быстро перемещается, что кажется ему вовсе не нужно время на движение, но это не так. Если аналогичную вспышку послать с луны, то вы ее увидите лишь через одну секунду. И так какова же скорость света? Около 300.000 км/с., расстояние до луны примерно такое же, и поэтому свет от неё дойдёт до Земли через одну секунду.
Теперь давайте о звёздах, но начнём с Солнца, так как это самая важная для нас звезда, и именно благодаря ней возможна жизнь на Земле. И так, Солнце в 109 раз крупнее нашей планеты и находится так далеко (150 млн. км), что свет от него идёт уже около 8 минут. То есть, если вы лежите на пляже и загораете, то лучи, которые вас греют в данный момент, начали свой путь от Солнца 8 минут назад.
Но причем же здесь прошлое? Всё дело в том, как устроено наше зрение, ведь мы видим не сами объекты, а именно свет, который либо отражают, либо сами излучают эти объекты. Вы ничего не можете увидеть в кромешной тьме, потому что предметы вас окружающие не отражают свет. Солнце, как и всё остальные звёзды, является источником света, и раз свет от него идёт 8 минут, значит, мы видим его таким, каким оно было 8 минут назад. Но солнце это ближайшая, а потому и такая яркая звезда, остальные же звёзды находятся так далеко, что свет от них идёт уже не минуты, а года. Самая близкая из них это "Проксима Центавра" и свет от неё до Земли идёт примерно 4 года.
Звёзды на небе нам кажутся достаточно близкими, но самая близкая из них находится в четырёх световых годах от нас, но насколько же велико это расстояние? И можем ли мы долететь хотя бы до ближайшей звезды?
С самой высокой скоростью, которую смогло достигнуть техническое устройство созданное человеком, летит аппарат "Вояджер-1". После выполнения своей научной миссии в солнечной системе, он был направлен к звёздам. Он несёт на своем борту специальную позолоченную пластинку, на которой имеются записи человеческой речи, некоторые музыкальные произведения, звуки животных, и подобная информация, дающая представление о нашей планете и человечестве. Благодаря использованному гравитационному ускорению от планет его разогнали до 56.000 км/ч, но даже с такой ошеломляющей скоростью он долетит до ближайшей звезды лишь через 80.000 лет. Этот же путь свет преодолеет примерно за 4 года.
Но как далеки остальные звёзды? Глядя на ночное небо, мы можем видеть звёзды, которые находятся в сотнях и тысячах световых лет от Земли, и мы реально смотрим в прошлое - ведь каких-то звёзд давно уже нет, а какие-то могли взорваться 10 лет назад, но с Земли мы не узнаем об этом ещё тысячи лет, и для нас они будут продолжать сиять на ночном небе, ведь свет, который они успели излучить, будет идти ещё очень много лет. Ещё много поколений человечества могут наблюдать такую звезду - звезду, которая погибла, разорвавшись в космическую пыль, уже много лет назад.
Что ж давайте вернёмся к расстояниям и узнаем, насколько велика вся Вселенная. Наша планета вместе с Солнцем находится в галактике Млечный путь, тут миллионы таких же звёзд со своими планетами. Расстояние от нас до центра нашей галактики 30.000 световых лет, до ближайшей соседней галактики 30 миллионов. От самых же дальних галактик, увиденных телескопом "Хаббл", свет идёт уже более 13 млрд. лет.
Размер всей наблюдаемой нами Вселенной в диаметре составляет 93 миллиарда световых лет, этот размер взят уже не на основании видимого света (так как свет просто не успел до нас дойти), а на основании реликтового излучения, но есть ли что-то дальше? Этого мы не знаем, у нас есть такое понятие как предполагаемая Вселенная, её размер ещё более невообразим; есть теории, что наша Вселенная не одна, а их множество или даже бесконечное множество, но об этом уже в соответствующей главе. А сейчас просто попробуйте представить себе границу Вселенной, что там может быть? Космический аппарат, достигнув этой границы, не сможет полететь дальше? Упрётся в невидимую преграду и остановится? Что же может быть на границе нашей Вселенной, и есть ли эта граница?
Ч.2 Движение в пространстве.
Чем вы сейчас занимаетесь? Неподвижно сидите? Да, по отношению к окружающим вас предметам вы находитесь в состоянии покоя, у вас нет скорости и направления. Но давайте смотреть не относительно окружающих вас предметов, и даже не относительно к Земле. Давайте посмотрим в большем масштабе, масштабе движения планеты в пространстве. И так, наша планета Земля (и вы, на её поверхности) вращается вокруг свой оси со скоростью 1670 км/ч (скорость вращения на экваторе), и в то же время она вращается вокруг Солнца со скоростью 108.000 км/ч. Солнце и вся солнечная система тоже не находится на одном месте, а движется по галактике Млечный Путь со скоростью 828.000 км/ч. А уже вся наша галактика несётся в пространстве со скоростью примерно 2 млн. км/ч.
Вот примерно с такими скоростями движется наш, казалось бы, тихий и спокойный мир, и вы в том числе, ведь вы находитесь на нашей планете, а она участвует в этом безумном хороводе.
Ч.3 Звёздное вещество
Согласно стандартной модели Большого взрыва в некоторый нулевой момент времени Вселенная возникла из сингулярности, то есть из одной точки. За первую миллионную долю секунды температура была значительно больше, чем 10^12 К (10 в 12-ой степени Кельвинов), то есть миллион миллионов градусов, а плотность была немыслимо велика. Частицы вещества и излучения (фотоны) отделились друг от друга к концу первой миллионной доли секунды. Через 1/100 секунды стали образовываться электроны, протоны и нейтроны. Затем образовались ядра водорода (фактически это просто протоны). Через 3 минуты после Большого взрыва температура упала до 10^9 К. Стали образовываться ядра гелия (2 протона и 2 нейтрона). И "только" через 700.000 лет электроны и протоны соединились и образовали нейтральные атомы водорода. Затем образовались и нейтральные атомы гелия. Так что во вселенной были только водород и гелий. Из них стали образовываться звезды за счет сил тяготения между атомами, а плотность атомов водорода и гелия была очень высокой, что облегчало возникновение "звезд". Когда такая "звезда" достигала величину, всего в несколько раз меньше солнца, за счет сильного давления в центре звезды стали возникать термоядерные реакции. Звезды разогревались, и стали испускать световые лучи (фотоны). Ядра гелия и водорода в центре звезд из-за сильного давления стали образовывать все другие атомы вплоть до атомов железа. Но когда ядерное горючее (водород и гелий) заканчивалось, всё вещество звезд проваливалось к центру звезды и затем такие звезды взрывались как сверхновые, и вещество звезды выбрасывалось в космос. Через 5 млрд. лет и наше солнце взорвется и уничтожит планеты. Так в космосе образовывались атомы из таблицы Менделеева. Из них за счет сил тяготения стали образовываться новые звезды и планеты.
Весь химический состав, из которого образован земной мир и мы в том числе, произведен за счет реакций в звездах, и на протяжении всего существования Вселенной это вещество незаметно складывается и распадается в бесконечном цикле творения.
И так, что мы имеем в итоге? Всё вещество было создано Большим взрывом, все химические элементы для нашей планеты и для нас самих были произведены звёздами, получается, что мы всего лишь звёздная пыль? Звёздная пыль, которая в сложнейшем процессе эволюции приобрела разум; звёздная пыль, которая может осознавать себя, и даже задуматься о Вселенной?
Ч.4 Размеры звёзд.
Уделим немного внимания размерам звёзд. Смотря на небо и видя маленькие светящиеся точки, нам может показаться, что звёзды не так уж и велики, но мы-то знаем, насколько обманчив космос! Что ж, возьмём ближайшую к нам звезду - Солнце, оно в 109 раз больше Земли и могло бы вместить в себя миллион планет размером с нашу Землю. Да, Солнце огромно, и выглядит для нас посолиднее остальных звёзд, но это лишь потому что оно находится в непосредственной близости к нашей планете; на самом же деле Солнце - это жёлтый карлик, так называют яркие звёзды относительно небольших размеров. Есть звёзды, которые больше Солнца в сотни и даже в тысячи раз. Если поместить одну из таких звёзд на место Солнца, то края такой звезды находились бы на орбите Юпитера или Сатурна (а это более 1 млрд. км от Солнца).
Рис.1 На рисунках показаны сравнения размеров планет и звёзд. На первых двух планеты нашей солнечной системы. На третьем показано сравнение Солнца с Сириусом, который больше примерно в 2 раза. На четвёртом Сириус изображён размером с малую горошину, чтобы наглядно представить намного более крупные звёзды.
Если же говорить о количестве звёзд в нашей Вселенной, то нам придётся столкнуться с огромными числами, а ведь у звёзд обычно есть ещё и планеты, такие как наша, или другие планеты солнечной системы. В одной только галактике Млечный путь насчитывается от 200 до 400 миллиардов звёзд, самих же галактик в видимой нами Вселенной насчитывают примерно 100 миллиардов, и сколько их ещё может быть, нам остаётся только гадать.
Теперь вы можете представить насколько огромные объекты (и как их много) встречаются в космосе, и наша планета Земля, со всем своим разнообразием, со всеми континентами и обширными океанами, со всеми животными, городами и людьми - это всего лишь малая крупинка на бескрайних просторах нашей Вселенной!
Ч.5 Плотность планет и звёзд
Нашу планету можно назвать каменной - она покрыта твёрдой земной корой, и хотя имеет в себе расплавленные под огромной температурой и давлением вещества (вспомнить ту же лаву, что извергается из вулканов), на поверхности Земля достаточно плотная и твёрдая, но все ли планеты такие? В нашей солнечной системе есть 4 интересные планеты - это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Во-первых, они отличаются размером (они намного больше остальных планет), а во-вторых, они состоят из газа. Уран и Нептун так же иногда называют ледяными гигантами, так как вещество этих планет находится в состоянии льда. Юпитер и Сатурн это тоже газовые планеты, у них нет плотной поверхности, и их вещество находится в газо-жидком состоянии. По сути если попытаться приземлить на его поверхность космический аппарат, то он просто погрузится в недра планеты. Тут ещё можно упомянуть о Солнце, ведь оно тоже состоит из газа, практически полностью из водорода и гелия, и вследствие термоядерного синтеза (когда из водорода под действием температур получается гелий), выделяет огромное количество энергии и света. Выделение этой энергии (передача в пространство) не проходит для Солнца без последствий, и оно теряет около 4-х миллионов тонн своего вещества каждую секунду. Казалось бы, это огромное количество, но оно настолько ничтожно в сравнении с весом всего солнца, что наше светило избавится лишь от 1 % своего веса за 160.000.000.000 лет.
Сатурн тоже состоит из газа, и если представить что мы его поместим в ванну с водой, то он будет спокойно плавать на поверхности, лишь частично погрузившись в воду. Это произошло бы, потому что у Сатурна очень низкая плотность, ниже плотности воды, но во Вселенной так же есть объекты, чья плотность невероятно велика - это нейтронные звёзды.
Как правило, в диаметре они имеют всего лишь 10-20 км и возникают после гибели другой звезды, чьё вещество сжалось до невероятной плотности, в следствии всё нарастающих сил гравитации. Из-за высокой плотности звезды, она может весить просто невероятно много, и даже чайная ложка её вещества может весить миллионы тонн. Так же нейтронные звёзды обычно очень быстро вращаются вокруг своей оси, как правило, несколько оборотов в секунду, но встречаются и более быстрые. В нашей галактике Млечный путь есть звезда, совершающая более 700 оборотов вокруг своей оси за секунду!
Ч.6 Возможно ли существование другой разумной жизни во Вселенной?
Что ж, начну с того, что никто не может знать точно, есть ли другие разумные существа во Вселенной. Нам ничего не известно об их наличии, но и никаких аргументов против их, хотя бы гипотетического, существования, тоже нет. Давайте порассуждаем. В видимой нами Вселенной миллиарды галактик, в которых в каждой более сотни миллиардов звёзд. У этих звёзд есть планеты. Существует мнение, что на каждую звезду приходится примерно по 2 планеты. У каких-то больше, у каких-то вообще нет планет, но если разделить их поровну, то получится примерно по 2 планеты на каждую звезду. Понимая это огромное количество звёзд и планет, становится ясно, что экзопланет (планета вне солнечной системы) с подобными условиями как на Земле может существовать огромное количество.
Вот вырезка из Википедии: "Общее количество экзопланет в галактике Млечный Путь в настоящее время составляет от 100 миллиардов, из которых ~ от 5 до 20 миллиардов, возможно, являются "землеподобными". Также, согласно текущим оценкам, около 34 процентов солнцеподобных звёзд имеют в обитаемой зоне планеты, сравнимые с Землёй"
Конечно, на развитие разумной жизни могут уйти миллионы лет, на нашей планете жизнь начала зарождаться более 3,5 миллиардов лет назад (для заметки: человек современный появился около 200 тысяч лет назад, человек-предшественник около миллиона лет назад, человек-умелый примерно 2,5 млн. лет назад). Но Вселенная существует уже 13,7 миллиардов лет, и кто может утверждать, что за такой срок хотя бы на нескольких планетах (да хотя бы на одной, кроме Земли) не зародилась жизнь? Похожая или не похожая на нас, гадать не будем, но сам факт наличия такой жизни вполне допустим. Конечно, жизнь на нашей планете зародилась благодаря множеству фактов, и шанс удачного стечения обстоятельств для этого крайне мал. Но он есть. И совсем необязательно, чтоб на другой планете были такие же условия, как и на нашей, ведь различные организмы могут развиваться в абсолютно разной среде.
Но давайте представим, что такая жизнь всё же есть. Пока что наши технологии не позволят её увидеть, или тем более долететь до далёких планет. Даже любой посланный нами сигнал, будь он на радиочастотах или ещё каких, всё равно не сможет превысить максимальную известную скорость - скорость света. Учитывая, что только до ближайшей звезды наше сообщение будет идти чуть больше четырёх лет, мы понимаем, что общение или обмен какими-то сигналами, нам пока недоступен, ведь до дальних галактик и планет наш сигнал может идти миллионы лет, а нам бы ещё и ответа дождаться. У нас есть ограничения по скорости и по технологиям, ведь технический мир только стал развиваться. За всё существование человечества, всего лишь за последние 50-100 лет, мы достигли поразительных результатов в науке и технике, и развитие технологий движется всё более и более нарастающими темпами. Как минимум огромный рывок нам обещает создание квантового компьютера, сейчас есть только прототипы, занимающие целые помещения и требующие сложнейшего оборудования. Но не стоит забывать, какими были первые обычные компьютеры, они тоже занимали целые комнаты и годились лишь для простейших операций, а сейчас у нас имеются мощные и компактные ноутбуки. Квантовый мир только открыл нам завесу своих тайн, а человечество уже пытается освоить его, и подчинить своей воле. Невозможно представить, какими будут технологии и весь наш мир ещё лет через 50-100, если мы, конечно, сами его не загубим.
Но что если такие технологии уже есть во Вселенной? За время существования Вселенной, жизнь на какой-либо планете могла зародиться намного раньше, чем на Земле, а если та планета ещё больше по размеру, и богаче по ресурсам, то жизнь там вполне могла развиться и существовать очень долгое время. Если эта жизнь развилась и обрела разум (почему бы и нет, мы же, вроде бы, развились до разумных существ), то их технологии могут опережать нас на любое количество времени, в зависимости от того, как давно существует их (предполагаемая) цивилизация.
Но доказательств или каких либо следов такой цивилизации обнаружено не было; о летающих тарелках, очевидцах и каких-то контактёрах, я конечно говорить не буду, ни чего подобного я не видел, а голословным утверждениям и рассказам (особенно по ТВ) веры нет. Но исходя чисто из умозаключений, вполне можно прийти к выводам, о возможности другой разумной жизни во Вселенной, более, или менее развитой чем мы, а возможно и погибшей, много сотен или миллионов лет назад.
Кстати интересный момент, учитывая скорость движения света: давайте представим себе другую планету с разумной жизнью, на расстоянии 70-80 световых лет от нас. Если они будут следить за космическим пространством на уровне радиоволн (именно в том участке космоса, где находится наша планета), то смогут слышать радио- и телепередачи, времён второй мировой войны. Тут всё дело в том, что все наши сигналы, будь то радиоволны, или свет, идут до них соответственно расстоянию, на котором они находятся. Они, точно так же, смотрели бы и слушали прошлое, как и мы, наблюдая ночные звёзды. А если бы у них был настолько мощный телескоп, чтобы увеличить поток света от Земли, то они смогли бы понаблюдать за ходом сражений тех времён. Аналогично, если нас представить наблюдателями в воображаемый мощнейшей телескоп, то наблюдая за планетой на расстоянии миллионов световых лет, мы будем наблюдать её прошлое, и даже если зафиксируем жизнь на ней хотя бы на уровне микробов - мы не сможем сказать что происходит на ней в данный момент. Будет вполне возможно, что жизнь там уже развилась до разумной цивилизации, а возможно эта цивилизация уже погибла, или погибает сейчас.
Ч.7 Разное.
В нашей галактике существуют миллиарды планет-сирот, они улетели от своих звёзд в хаосе формирования своих "солнечных" систем; и теперь дрейфуют по космическим широтам в полной темноте.
Луна удаляется от нас каждый год примерно на 4 см. Это зависит от уменьшения периода вращения планеты на 2 миллисекунды в день.
Ежегодно только в нашей Галактике рождается сорок новых звезд. Сложно даже представить, сколько их появляется во всей Вселенной.
На просторах Вселенной есть очень удивительная вещь - гигантский газовый пузырь. Его длина составляет около 200 миллионов световых лет, а находится он от нас в 12 миллиардах этих же лет! Эта интересная штука сформировалась всего-то через два миллиарда лет после Большего взрыва.
Ученые открыли уже около 700 типов планет. Одна из них - это алмазная планета, причем во всех смыслах этого слова. Как известно, углероду нужна совсем малость, что бы превратиться в алмаз. В этом случае условия совпали так, что одна из планет затвердела, и превратилось в драгоценность вселенского масштаба.
Внутри черной дыры сила гравитации настолько велика, что из неё невозможно вырваться даже свету. По логике вещей, дыра должна быть не заметна на небе вовсе. Однако во время вращения, дыры кроме космических тел поглощают еще и газовые облака, которые и начинают светиться, закручиваясь по спирали. Так же метеоры, попадая в черные дыры, загораются от неимоверно резкого и быстрого движения.
Оказывается, что в нашей Солнечной системе существует тело, напоминающее нашу планету. Его именуют Титаном, и он является спутником планету Сатурн. Он также имеет реки, моря, вулканы, плотную атмосферу, как и наша планета. Удивительно, но даже расстояние между Титаном и Сатурном равно расстоянию между нами и Солнцем, и даже соотношение веса этих небесных светил равно соотношению веса Земли и Солнца.
Все же разумной жизни на Титане даже не стоит искать, потому, как его водоемы подвели: они состоят в основном из пропана и метана. Но все же, если последнее открытие получит подтверждение, то можно будет утверждать, что на Титане существуют примитивные формы жизни. Под поверхностью Титана существует океан, который состоит на 90% из воды, остальные 10% могут быть сложными углеводородами. Есть предположение, что именно эти 10% могут дать начало простейшим бактериям.
В космосе есть "резервуар" воды, который содержит в 140 триллионов раз больше воды, чем в мировых океанах Земли.
Чрезмерно высокое давление и температура на Нептуне и Венере создает алмазный дождь.
Планета Нептун с момента своего открытия в 1846 году только недавно завершила полный оборот вокруг Солнца.
Плутон с момента открытия еще не совершил полный оборот вокруг Солнца, и это произойдет только 23 марта в 2178 году.
За 10 минут космический корабль может сфотографировать до 1 млн. кв. км земной поверхности, в то время как с самолета такую поверхность снимают за 4 года, а географам и геологам потребовалось бы для этого не менее 80 лет.
Примерно раз в месяц на Землю падают метеориты весом не менее 10 тонн. В месяц на нашу планету прилетают около 200 небольших астероидов.
За последние 500 лет масса Земли увеличилась на миллиард тонн за счет космического вещества.
Давление в центре Земли в 3 миллиона раз выше, чем давление в земной атмосфере.
Когда вода закипает на Земле, образуются тысячи маленьких пузырьков. В космосе же при кипении жидкости образуется один гигантский пульсирующий пузырь. Ученые считают, что это из-за отсутствия в невесомости конвекции и плавучести.
На Земле пламя стремится вверх, но в космосе оно распространяется во всех направлениях. Из-за отсутствия гравитации, в космосе огонь распространяется сферически по всем направлениям, противоположным источнику. Конечно же, космическую спичку можно зажечь только внутри летательного аппарата.
Вследствие отсутствия конвекции тепло человеческого тела не распространяется в пространство космического корабля. Из-за этого тело постоянно покрыто испариной для самоохлаждения, и пот не испаряется, а просто скапливается.
Ядро нашей планеты состоит из расплавленного железа, которое закручивается в огромные вихри высотой до 10 км. Они образуются от вращения Земли вокруг своей оси, и благодаря им, планета обладает защитным магнитным полем.
Глава 2: Атомы. Из чего всё состоит.
Про космос было писать гораздо проще, ведь он огромных размеров и мы можем видеть его объекты, такие как планеты и звёзды. Мы говорили о невообразимо больших размерах Вселенной, а возможно и о бесконечности, но теперь пришла пора погрузиться в бесконечно малый мир, в мир атомов. И этот мир поистине удивителен!
Начнём с того, что атомы не подчиняются обычным для нас законам физики и настолько странно себя ведут, что для них была создана новая наука - Квантовая механика, и постигая основные принципы этой науки, атомы, а с ними и весь окружающий мир начинают казаться не просто удивительными, а даже нереальными!
Всё состоит из атомов: книга, которую вы держите в руках, состоит из атомов, ваши руки тоже состоят из атомов (или скажем ваш глаз, в нём больше атомов, чем звёзд в видимой Вселенной), воздух, что вас окружает, не пустой как кажется, а тоже состоит из атомов. По сути, всё окружающие вас пространство и вы сами это огромное количество близко расположенных друг к другу атомов. Вокруг вас нет пустоты как таковой, любое пространство заполнено атомами, их нет только в вакууме на космических широтах (или если даже и есть, то в мизерных количествах). Здесь же, на нашей планете, силы гравитации притягивают атомы составляющие воздух и все слои атмосферы, благодаря этому мы можем ходить по улице и вдыхать необходимый нам кислород, при выдохе атомы кислорода смешиваются с окружающим воздухом, и разносятся ветром по всей Земле. Возможно вы сейчас вдохнули атом кислорода, который выдохнул Энштейн, ведь атомы и молекулы не могут просто так взять и улететь в космос. Пока их держит гравитация Земли, они будут находиться здесь, просто летать, либо с чем-то перемешиваться и взаимодействовать.
Из атомов состоит абсолютно всё во Вселенной, звёзды и планеты, океаны и леса, воздух, города, дома, животные и люди. Но что такое атомы? Когда я сказал о том что вокруг вас нет пустоты как таковой, я забыл упомянуть, что по сути, не только вокруг вас, но и вы сами состоите практически из пустоты ведь каждый атом сам по себе практически пуст! Почти весь вес (более 99.9%) и вся "материя" заключена в ядро атома, но постойте, давайте вспомним, что мы вообще знаем об атомах?
Ч.1 Всё из пустоты
Со школьной программы вы наверняка помните, что атом эта мельчайшая частица из которых состоит вся материя во Вселенной, и наверняка помните простейшую схему атома, где в центре находится ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг него на определённом расстоянии перемещаются электроны. Это простейшая схема, но по ней вполне понятно как различаются сами атомы, именно количество протонов и нейтронов в центре атома влияет на то, какой перед нами атом. Если к атому углерода (в котором 6 протонов), добавить ещё один протон, то у нас получится уже атом азота. Если добавляется только нейтрон то обычно получается изотоп (более тяжёлый вариант того же атома)
Рис. 2 Схематичное изображение атома, где в центре находятся протоны и нейтроны, а вокруг вращаются электроны.
Рис. 3 Наглядное различие атомов. А - это атом водорода, ядро состоит только из одного протона, вокруг "вращается" один электрон. Б - атом гелия, ядро состоит из двух протонов и двух нейтронов, вокруг 2 электрона. В - атом лития, 3 протона, 4 нейтрона и 3 электрона. Г - атом кислорода, 8 протонов, 8 нейтронов и 8 электронов. Д - это весьма тяжёлый атом урана, у него ядро состоит из 92 протонов и 143 нейтронов, вокруг находятся 92 электрона.
На рисунке 3 изображены орбиты электронов (правильно они называются орбиталями) но электроны движутся по ним не как планеты вокруг звёзд; орбиталями скорее обозначается пространство вокруг атома, в котором с наибольшей степенью вероятности может быть зафиксирован электрон. Ещё часто встречается такое выражение, что электрон как бы размазан по этой орбитале. Так же электроны при определённых обстоятельствах могут перескакивать на другую орбиталь, при этом такой скачок будет весьма интересным - электрон не может находиться между орбиталями, поэтому он переместится мгновенно, минуя пространство между ними (всё равно что вам для перехода из одной комнаты в другую, не требовалось бы идти по коридору, а перемещение произошло бы мгновенно).
Кстати на рисунке 3 изображены достаточно условные схемы, во-первых, на одной орбитале может находиться не более двух электронов, и то при условии что у них разные спины(spin); во-вторых, размер ядра и расстояние до орбиталей отображены не пропорционально.
На самом деле ядро - это лишь малая точка в центре атома, а электроны находятся на значительном расстоянии от него. Само же пространство вокруг ядра состоит из пустоты, но насколько велико это пространство? Для большей наглядности нам нужно включить воображение и представить что мы увеличили абсолютно любой отдельно взятый атом (хоть атом из вашего тела, хоть атом из воды или воздуха), до размеров, скажем с самый большой (а нам ли мелочиться после главы о космосе) футбольный стадион.
И так, границы стадиона, за зрительскими трибунами - это крайние орбитали на которых мы можем наблюдать электроны нашего атома. Можно представить, что стадион заключен в огромную прозрачную сферу, она то и будет символизировать увеличенный атом. Но с чем будет тогда сравним размер ядра? Может, с самим футбольным полем, или с центральным кругом на нём? Нет, размер ядра в нашем сравнении, не превышал бы размеров футбольного мяча (или скорее даже горошины) в центре поля, всё же остальное пространство было бы пустым. В этом пространстве перемещаются электроны, но само по себе оно пустое, и эта пустота составляет 99.99% всего размера атома. Все атомы состоят на 99.99% из пустоты, и весь их вес заключен лишь в ядро, а так как всё состоит из различных атомов, то и наши тела состоят тоже практически из ничего.
Рис. 4 Наглядное изображение размера ядра относительно всего атома.
Наше тело кажется нам достаточно плотным (как собственно говоря, и все окружающие нас предметы), но оно полностью состоит из атомов, которые образуют различные молекулы и соединения. Но атомы почти полностью пусты, а что было бы, если эту пустоту убрать? Оставить только ядра атомов и электроны? Давайте представим, что мы могли бы убрать всё пустое пространство из атомов, из которых состоят все люди на планете (а нас более 7 млрд. человек!). Без пустого пространства в атомах, всё население Земли могло бы поместиться в спичечный коробок, но этот коробок весил бы столько же, сколько весят все люди вместе взятые, ведь мы убрали только пустоту, а всю материальную сущность оставили.
Если мы мысленно уберём всю пустоту из атомов какого-либо небоскрёба, то от него останется лишь песчинка, но она будет весить миллионы тонн, столько же, сколько сам небоскрёб.
Ч.2 Нет чётких границ.
И так, теперь мы знаем, что атомы практически пусты, но на этом удивительный мир атомов не заканчивается. Как вам, например такое заявление: никакие предметы не имеют чётких границ, так как молекулы этих предметов находятся в постоянном движении?
Давайте сразу сделаем отступление и разберём что такое молекула по отношению к атомам и веществу в целом. Например, если вы делите кусок того или иного вещества, например сахара, надвое, каждая его часть все еще будет сахаром. Если вы продолжаете делить сахар на меньшие и меньшие части, каждый фрагмент - все еще сахар. Даже если было бы возможно делить сахар так точно, чтобы разделить его на отдельные молекулы (миллиарды триллионов молекул), каждая молекула оставалась бы сахаром. Молекула, однако, - наименьшая частица, которая может сохранить характеристики вещества, которое она составляет. Если бы вы должны были разделить молекулу сахара надвое, вы остались бы с двумя группами атомов, каждая из которых представляет собой половину размера первоначальной молекулы. Ни одна из новых групп, однако, уже не была бы сахаром.
Это то же самое, как если бы вы взяли класс из 16 учеников и разделили бы его на два. Вы тогда бы имели два класса по 8 учеников в каждом. Вы могли продолжить и сделать 4 класса по 4 ученика в каждом, 8 классов по 2 ученика в каждом или даже 16 классов по 1 ученику в каждом. Но на этом вы должны были бы остановиться. Если бы вы попробовали продолжить этот увлекательный процесс и сформировать 32 класса по половине ученика в каждом, вы остались бы без классов вообще, без каких-либо учеников, но зато с серьезными неприятностями с полицией.
Молекула - это то, из чего состоит вещество. В состав молекул могут входить два и более атомов, которые между собой связаны межатомными связями. Более точно можно сказать так, что молекула состоит из атомных ядер и внутренних электронов, которые движутся по своим орбитам, а также внешних валентных электронов. В разных молекулах находится разное количество атомов определенного вида и разного количества. Молекула имеет сложную архитектурную постройку, где у каждого атома свое место и свои вполне определенные соседи. Свойства молекулы определяется тем, сколько в ней атомов. На эти свойства влияет порядок и конфигурация соединения атомов. Атомная постройка, которая образует молекулу, может быть жесткой, но не во всех случаях. Каждый атом находится в непрерывном движении, он колеблется около своего положения равновесия. Сами молекулы тоже находятся в постоянном движении, но оно различается в зависимости от агрегатного состояние вещества - газ, жидкость, твёрдое тело. Во всех трёх состояниях молекулы одного и того же вещества (например молекулы воды могут быть в жидком состоянии, в состоянии газа (пар) или в состоянии льда) ничем не отличаются друг от друга, меняется только их расположение, характер теплового движения и силы межмолекулярного взаимодействия. Молекулы одного вещества не только движутся в пределах своего объёма, но могут взаимодействовать и перемешиваться с молекулами другого - этот процесс называется диффузией.
Диффузия - процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения. Диффузия молекул в общем случае протекает очень медленно. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным. Ещё медленнее происходит диффузия одного твёрдого вещества в другое. Например, если медь покрыть золотом, то будет происходить диффузия золота в медь, но при нормальных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) золотосодержащий слой достигнет толщины в несколько микронов только через несколько тысяч лет. Другой пример: на золотой слиток был положен слиток свинца, и под грузом за пять лет свинцовый слиток проник в золотой слиток на сантиметр.
Молекулы находятся в постоянном движении, это движение вызвано теплом. Чем больше температура объекта - тем быстрее движение его молекул. В горячих газах это движение очень интенсивно, молекулы находятся далеко друг от друга, движутся во все стороны в хаотичном порядке, сталкиваются друг с другом и вновь расходятся в разные стороны. В жидкости или в твердом веществе движение гораздо медленней, но оно есть даже в куске льда. В жидкостях молекулы находятся гораздо ближе друг к другу, чем в газах, и удерживаются особыми силами взаимодействия, поэтому у жидкостей есть объём - мы можем набрать полбутылки воды, но не можем набрать полбутылки воздуха.
Молекулы твёрдых тел расположены в пространстве в определённом порядке, и не могут перемещаться по всему объёму тела, но всё же находятся в постоянном движении или колебании.
Если молекулы в веществе постоянно сталкиваются друг с другом и выталкивают друг друга в разные стороны во всех направлениях, то почему мы не видим результатов этого движения? Почему, например, мы не видим, чтобы кусок железа изменялся из-за этого движения? Почему он кажется таким твердым? Причина этого в том, что в твердых телах молекулы удерживаются на своих местах силами притяжения между молекулами. Поэтому твёрдое тело, в отличие от жидкостей и газов, имеет определённую форму. Если атомы или молекулы в теле движутся медленно, тело кажется нам холодным; если быстро - горячим. Температура тела определяется энергией движения его молекул. Эту энергию мы называем теплотой.
Нагревая тело, мы увеличиваем скорости и энергию движения составляющих его частиц, а, следовательно, повышаем его температуру. Молекулы в куске железа, помещённом в печь, колеблются всё быстрее и быстрее. Размах их колебаний становится всё больше и больше. Наконец, энергия молекул становится так велика, что силы взаимодействия уже не в состоянии удержать их на прежних местах. Молекулы уходят со своих мест, порядок нарушается, железо плавится и становится жидким.
Любопытно:
На большой высоте над уровнем моря, где атмосфера очень разрежена, молекулы воздуха за секунду могут перемещаться на огромные расстояния, не сталкиваясь друг с другом. У поверхности Земли наблюдается иная картина: за 1 секунду каждая молекула сталкивается с другими молекулами в среднем около 800 млн. раз. Она описывает в высшей степени изломанную траекторию, и при условии отсутствия воздушных потоков, с большой вероятностью оказывается на расстоянии всего 1-2 см от того места, где находилась в начале этой секунды.
Солнечные лучи, нагревая нашу кожу, заставляют её молекулы колебаться быстрее - мы это ощущаем как тепло.
Если положить горячий кирпич на холодный - то колебания молекул горячего кирпича передадутся холодному, соответственно второй будет нагреваться. Во всех случаях, когда тепло передаётся от одного тела к другому, движение молекул первого замедляется, а второго ускоряется, а энергия частиц второго тела увеличивается ровно на столько, насколько уменьшилась энергия частиц первого.
Поскольку теплота вызвана движением молекул, можно повышать температуру тела не за счёт подвода тепла, а например, с помощью трения: молекулы трущихся поверхностей соударяются друг с другом и температура поверхностей повышается.
Молекулы всех веществ и объектов находятся в постоянном движении, чтобы этого движения не было объект нужно охладить до температуры абсолютного нуля (-273,15 ?C). Таким образом, всё, что вас окружает (да и ваше тело тоже) на молекулярном уровне постоянно колеблется, соответственно если мы захотим узнать размер какого-либо объекта с максимальной точностью, то сделать это не получится, так как крайние молекулы будут находиться в постоянном движении. Ни у чего нет абсолютно чётких границ как таковых.
Ч.3 Как из атомов образуются вещества. Химическая реакция.
Любопытный факт: водород и кислород в чистом виде - самые горючие вещества, однако при слиянии атомы водорода и кислорода в количестве 2 к 1 дают, как ни странно, лучшее средство для тушения огня - воду.
Большинство химических элементов, составляющих таблицу Менделеева, получены в свободном виде. А между тем в природе химические элементы встречаются главным образом в форме самых разнообразных соединений. Извлечь тот или иной элемент из минерала или горной породы зачастую нелегко, и сделать это удается с помощью целого комплекса химических процессов. Эти процессы и есть химические реакции.
Количество известных химических соединений - от простейших до самых сложных - превышает 2 млн. Все они, а также и те, с которыми еще предстоит встретиться исследователям,- результат химического взаимодействия элементов, продукт химических реакций. Ежесекундно во Вселенной происходит бесчисленное множество химических реакций.
...Вы пробегаете глазами эти строки, улавливаете их смысл, и в вашем мозге совершаются сотни и тысячи различных химических реакций. Если в стакан крепкого чая положить кусочек лимона, цвет напитка бледнеет: произошла химическая реакция. Топится печь, пляшут яркие огоньки пламени, и от смолистых поленьев остается кучка золы. Это превращение осуществилось благодаря химическим реакциям. Реакция горения - первая химическая реакция, с которой познакомился человек. А потому легенду о Прометее, подарившем людям огонь, можно считать легендой о том, как человек впервые столкнулся с химическими взаимодействиями.
Весь облик нашей Земли, ее леса и горы, ее почвы и воды созданы химическими превращениями. Уголь, который дает нам электричество; нефть - топливо, приводящее в движение автомобили и самолеты; металлы, выплавленные из руд, - все это продукты химических реакций.
В своем понимании химической реакции человек прошел длинный путь. Дикарь, который с удивлением наблюдал, как молния превращает могучее дерево в уголь и золу, и современные исследователи, который вплотную подошли к синтезу белка, одного из самых сложных веществ,- вот две крайности в представлениях человека о химических реакциях.
Царство химических реакций - это сложнейшая область, и изучают ее самые различные науки. Чтобы понять, как происходит та или иная реакция, химик призывает на помощь и физику, и математику, и биологию. Он часто нуждается в услугах хитроумных вычислительных машин.
Разные химические процессы протекают с различной скоростью. Одни совершаются мгновенно, другие так медленно, что на первый взгляд кажется, будто реакция не идет совсем. Таких "незаметных" реакций очень много, и среди них есть очень важные, жизненно необходимые для практики, для получения нужных человеку веществ.
Взрыв - вот пример мгновенной реакции, здесь счет идет на доли секунды. Твердое взрывчатое вещество превращается в газообразные продукты практически моментально.
Процесс ржавления, или коррозии железа, наносит громадный убыток человечеству. Более 10 % производимого металла теряется бесполезно. Коррозия - пример коварного процесса, она протекает постепенно. Вечером железная пластинка будет такой же, как утром, но пройдет несколько дней, и на ее поверхности появляются рыжеватые разводы ржавчины. Процесс коррозии во многом зависит от окружающих условий. В тропических странах, где высокая влажность и жарко, стальные и железные изделия ржавеют быстрее, чем в средних широтах. Обратите внимание, что повышенная температура ускоряет коррозию.
Допустим, в стеклянном сосуде смешаны два газа - водород и кислород, составные части воды. Сосуд при комнатной температуре (15-20?Ц) может стоять сколько угодно, и на поверхности стекла не будет заметно ни единой капельки влаги. Кажется, что водород вовсе и не соединяется с кислородом. Соединение идет, но только чрезвычайно медленно. Чтобы на донышке сосуда образовалась лужица воды, должны пройти тысячелетия. В чем же дело? Оказывается, комнатная температура слишком низка, чтобы водород и кислород вступили в быстрое взаимодействие. Но если нагревать сосуд, стенки его запотевают. Это верный признак протекающей реакции. А при 500?Ц. сосуд разлетится на мелкие осколки. При такой температуре образующие воду газы реагируют со взрывом.
Но всегда ли это происходит так? Нет, не всегда. Чтобы образовался один объем водяного пара, нужно взять два объема водорода и один объем кислорода. Эту смесь называют также гремучим газом: при нагревании она взрывается. Если же количество водорода в смеси менее 4% или более 94% (по объему), то такая смесь не взрывоопасна. Скорость химической реакции зависит не только от температуры, но и от концентрации реагирующих продуктов.
Температура и концентрация - вот те важнейшие понятия, которыми оперирует химическая кинетика - наука о скоростях химических реакций. Ее основной девиз: обеспечить полноту протекания химического процесса, получить наибольший выход нужного продукта. Ради этого химик-кинетик становится и физиком и математиком. И он ставит перед собой задачу - рассчитать химическую реакцию.
Итак, прежде чем смешивать исходные вещества, химик задается вопросом: при какой температуре пойдет реакция? При обычной, комнатной, начинаются немногие. Уголь не загорается сам собой, смесь порошков магния и серы так и остается смесью. Стоит лишь подвести к ним пламя - реакции начинаются тут же.
Почему же тепло способно заводить механизм химического процесса? Вернемся снова к воде. Водород и кислород в свободном виде существуют в форме молекул Н2 и O2. Чтобы эти молекулы могли прореагировать, они должны столкнуться. И чем чаще будут такие столкновения, тем вероятнее образование молекулы воды. При комнатной температуре и нормальном давлении каждая молекула водорода должна сталкиваться с молекулой кислорода более десяти миллиардов раз в секунду. Если бы любое столкновение приводило к химическому взаимодействию, реакция прошла бы быстрее взрыва - за одну десятимиллиардную долю секунды! Но мы не видим в сосуде, где смешаны два объема водорода с одним объемом кислорода, никаких изменений, потому что в обычных условиях очень редкое столкновение приводит к химической реакции.
Прежде чем вступить в реакцию, молекулы должны распасться на атомы. Точнее говоря, валентные связи между атомами кислорода и атомами водорода в их молекулах должны ослабнуть настолько, чтобы не препятствовать объединению разнородных атомов водорода и кислорода. Температура играет роль кнута, подстегивающего реакцию. Она во много раз увеличивает число столкновений, делает соударения молекул более энергичными. Это приводит к ослаблению валентных связей в молекулах Н2 и O2. А когда водород и кислород получают возможность встретиться на атомарном уровне, они реагируют мгновенно.
Но химика-кинетика такое качественное описание процесса мало удовлетворяет. И он вводит новое понятие: энергия активации. Это та самая энергия, которой должны обладать молекулы, чтобы приобрести способность к химическому взаимодействию.
Даже при обычной температуре среди молекул водорода и кислорода отыщутся такие, у которых энергия равна или больше энергии активации. Потому-то образование воды идет, но чрезвычайно медленно. Слишком мало достаточно энергичных молекул. А высокая температура приводит к тому, что активационного "барьера" достигают многие молекулы.
Роль энергии активации поистине колоссальна. Вообразим себе, что все молекулы стали бы реагировать друг с другом при любых энергиях. Тогда не стоило бы даже говорить о скоростях реакции. Все вещества стали бы очень быстро соединяться друг с другом, и образовывались бы самые устойчивые соединения: окислы, соли. Все металлы моментально бы окислились, все сложные органические вещества разрушились, превратились бы в простые, но более устойчивые соединения, в том числе и вещества, входящие в состав живых клеток. Получился бы странный мир - мир без жизни, без химии, фантастический мир очень устойчивых соединений, не имеющих желания вступать в химические взаимодействия. Вот от таких неслыханных бед сберегает нас существование энергии активации.
Все химические реакции в принципе обратимы. Два атома водорода и атом кислорода, соединяясь, дают молекулу воды, и одновременно другая молекула воды распадается на составные части. Две противоположные реакции протекают одновременно: образование воды (прямая реакция) и ее распад (обратная реакция). Если скорость прямой реакции равна скорости обратной, то данная система находится в равновесии. И так для любой реакции. В различных реакциях равновесие достигается в разное время: у одних мгновенно, а у других далеко не сразу.
Теперь вернемся к стеклянному сосуду, где заключена смесь двух объемов водорода и одного объема кислорода и где не удается обнаружить ни единой капельки воды. Не нарушая герметичности сосуда, введем в него тонкую платиновую проволочку. И вот неожиданность: проволочка нагревается, а сосуд наполняется туманом - водяными парами.
Температура осталась неизменной, давление осталось таким же, а реакция, рассчитанная на тысячелетия, прошла в считанные секунды. Извлечем платиновую проволочку обратно, она совершенно не изменилась. Ее внешний вид, ее химический состав, ее вес после опыта точно такие же, какие были до опыта.
Мы оказались свидетелями очень важного явления в мире химических реакций. Это явление называется катализом. А вещества, в данном случае платина, которые во много раз ускоряют реакцию, сами при этом ничуть не меняясь, именуются катализаторами. Катализаторов неисчислимое количество. Ими могут быть металлы - твердые и порошкообразные; окислы самых различных элементов; соли, основания в чистом виде и в виде смесей и т.д.
Важнейшие процессы химической технологии, например синтез аммиака, не обходятся без катализаторов. Самое обычное металлическое железо с примесью окислов алюминия и калия значительно ускоряет эту реакцию. Химия XX века обязана своим неслыханным расцветом именно применению катализаторов. Разнообразные жизненные процессы протекают в животных и растительных организмах благодаря специальным катализаторам - энзимам.
Химия неживого и живого - вот сфера действия удивительных ускорителей.
Есть, оказывается, вещества не менее удивительные - промоторы. Взятые сами по себе, они равнодушно относятся к реакции. Взятые как примесь к катализатору, они ускоряют реакцию в гораздо большей степени, чем это сделал бы "одинокий" катализатор. Платиновая проволочка, "загрязненная" железом, аммиаком или двуокисью кремния, произвела бы в смеси водорода и кислорода еще более впечатляющий эффект.
Почему же все-таки катализаторы ускоряют химические реакции?
Как будто бы действие катализатора подобно увеличению температуры. В сосуде образуются пары воды, если нагреть его на несколько сот градусов или же внести проволочку из платины. Результат один, а достигнут он разными способами. Для того чтобы нагреть сосуд, надо привлечь энергию извне. Тепло увеличивает количество активированных молекул и константу равновесия для реакции водорода и кислорода.
Катализатор не вносит никакой дополнительной энергии. Он совершенно не влияет на константу равновесия. Он лишь помогает достичь равновесия в реакции образования воды и ускоряет во много раз наступление этого равновесия. Катализатор снижает энергию активации молекул водорода и кислорода, ту энергию, которая необходима для их быстрого химического взаимодействия. Платиновая проволочка разогревается благодаря теплу, выделяющемуся при стремительно происходящем синтезе воды.
... Все, что было создано на Земле до человека, все, что он создал, и все, что он создаст в будущем, - это результат химических реакций, которые так же многообразны, как сам мир.
Ч.4 Опыт Юнга.
Корпускуля́рно-волново́й дуали́зм - принцип, согласно которому любой физический объект может быть описан как с использованием математического аппарата, основанного на волновых уравнениях, так и с помощью формализма, основанного на представлении об объекте как частице или системе частиц.
Есть один интересный опыт - опыт Юнга, который я бы посоветовал найти в интернете в видео формате, где всё наглядно продемонстрируют. Я же, постараюсь кратко описать этот опыт, и расскажу, в чём он заключается. Отмечу, что этот опыт проводился с различными мельчайшими частицами, например электронами или фотонами (частица света), а эти частицы считаются неделимыми, то есть не могут быть разбиты на более мелкие составные части.
Рис.5 Схема опыта Юнга
И так, у нас есть большой проекционный экран (В), перед ним на небольшом удалении перегородка с двумя вертикальными, близко расположенными щелями (Б). По другую сторону от перегородки находится устройство позволяющее запускать, скажем, по отдельному фотону (А), и уже на проекционном экране мы увидим, куда эта частица (фотон) попала, если она прошла через одну из щелей, а не отразилась от перегородки.
Ожидания от этого опыта предполагали, что постепенно на экране образуются две вертикальные полосы, как раз напротив прорезей в перегородке (рис.6). И это было бы вполне предсказуемое и понятное действие в макромире, но результат был другой. На проекционном экране появлялись не две полосы, а множество полос разной интенсивности, это так называемая интерференция волн (Рис.7). Но она была бы возможна, только если через прорези пропускать не отдельные частицы, а волны (можно представить, как волна воды разделилась бы после такой перегородки), почему же так произошло в нашем опыте? Подобное теоретически можно объяснить только тем, что отдельно выпущенная частица, каким-то образом разделилась на две, и прошла в обе щели одновременно, но такие частицы как фотоны считаются мельчайшими и неделимыми, и опыт был усовершенствован и продолжен.
Рис.6 Рис.7
Учёные, озадаченные изображением интерференции на экране, решили установить специальные датчики, чтобы зафиксировать через какую из прорезей прошла частица, или прошла каким-то образом сразу через две. И тут произошел интересный поворот в этом опыте. После того как за прорезями в перегородке установили наблюдение, проекционный экран фиксировал 2 обычные полосы, то что и ожидалось в самом начале. Но как только наблюдение за прорезями прекращалось, на экране вновь появлялось изображение волновой интерференции. Из этого можно сделать вывод, что сам факт наблюдения за частицами меняет их поведение; когда за ними не наблюдают, они ведут себя как волны, а когда наблюдают, как отдельные ожидаемые нами частицы.
Позже этот опыт был проведён по-другому, и наблюдение установили перед проекционным экраном, то есть когда частица уже прошла через перегородку. Тут можно было ожидать что частица, каким-то образом пройдя через 2 отверстия одновременно, будет зафиксирована непосредственно перед попаданием на экран, но в момент, когда датчики фиксации включались, частицы вновь начинали вести себя как обычно, будто прошли через какую-то одну прорезь. Здесь, в этом опыте создаётся впечатление, что отдельная частица (тот же фотон), в момент попытки фиксации, как бы вернулась немного назад во времени и прошла через прорезь обычным способом, а не как при интерференции.
Опыт Юнга показывает, насколько удивительны эти частицы, они могут быть в двух местах одновременно, могут вести себя как волны, а не как отдельные частицы, и могут менять своё поведение всего лишь от одного факта наблюдения за ними.
Ч.5 Квантовый компьютер.
Ваш обычный компьютер работает в двоичной системе, вся информация в нём зашифрована в двоичном коде, в котором есть всего две цифры - 0 и 1 (каждая из таких цифр будет называться битом), и при помощи этих битов можно зашифровать абсолютно любые данные. Это можно представить, вспомнив азбуку Морзе - там тоже всего два знака: тире и точка, из которых уже составляются все буквы и слова. Каждый бит информации - это электрон, осевший в регистре памяти.
В квантовом компьютере бит (так называемый кубит) может быть и нулём и единицей одновременно, это основывается на свойствах квантовой механики, и на удивительных возможностях микромира.
Что из этого следует? Если говорить своими словами, то квантовый компьютер может обладать удивительной вычислительной мощностью, с его помощью можно было бы предсказать погоду с удивительной точностью, ведь он может обработать огромное количество информации, за малый промежуток времени. Или скажем, чтобы подобрать сложный и длинный пароль (путём перебирания всех возможных вариантов), у обычного компьютера могут уйти десятки и сотни лет, квантовый же сможет подобрать пароль за секунды.
Стоит заметить, что полноценные квантовые компьютеры ещё не изобретены, есть сложнейшие прототипы, собранные в лабораториях, которым нужно серьёзное охлаждение и множество дополнительного оборудования; хотя одна из фирм заявляет что создала такие компьютеры и даже готова их продавать, но учёные относятся к ним скептически, так как доказательств того что они работают именно на принципах квантовой механики (как например квантовая запутанность или квантовая суперпозиция) так и не было представлено.
Ч.6 Как работает Солнце
Эту часть я почти дословно приведу из одного увиденного научно-популярного фильма.
Солнце состоит из 73% водорода и 25% гелия. Атомы Солнца находятся в газообразном состоянии; связи соединяющие атомы и делающие вещества твёрдыми или жидкими на Земле, недостаточно сильны, чтобы выдержать температуру Солнца. Но почему Солнце так горячо? Потому что его собственная мощнейшая гравитация сжимает атомы, при этом энергия гравитации преобразуется в энергию движущихся атомов - это и есть теплота. Чем глубже в Солнце, тем выше температура и давление, а в сердце Солнца атомы так быстро движутся, что сталкиваются и происходит слияние атомов, их ядра соприкасаются (2 атома водорода у которых ядро состоит лишь из одного протона, сталкиваются и образуется атом гелия, у которого ядро состоит из двух протонов). Солнце как природный термоядерный реактор, удерживающийся в балансе между собственной гравитацией, которая сжимает всё солнечное вещество, и между внешней устремлённостью горячих газов.
Когда при слиянии атомов водорода получается гелий, высвобождается огромное количество энергии в форме фотонов. Эти частицы света медленно пробираются к поверхности Солнца, где они будут видны как свет. Фотоны постоянно сталкиваются с атомами Солнца, миллиарды раз за секунду, и отражаются в случайную сторону. Поэтому на путь из центра до поверхности Солнца фотоны могут потратить до 10 миллионов лет, а потом за 8 минут долететь до Земли!
Не знаю, насколько понятно я написал про атомы, ведь достаточно сложно говорить о том, чего никогда не видел, да и вообще невозможно увидеть человеческим глазом, а можно лишь постараться представить и понять, как всё это выглядит и взаимодействует между собой. Но постойте. Что значит невозможно увидеть? Что такое наше зрение, и как устроены наши глаза? Как происходит сам процесс виденья, и верно ли выражение что мы видим скорее мозгом, а не глазами?
Глава 3. Мозг и деятельность мозга. Мозг, подключённый к компьютеру. Как работают наши чувства.
Всю информацию о внешнем мире мы получаем посредством пяти чувств. Весь окружающий нас мир известен нам лишь в той степени, в какой его увидели наши глаза и услышали наши уши. Мы его знаем по тому, что мы попробовали на вкус, что потрогали руками и какие запахи ощутил наш нос. Но как все эти чувства, данные нам с рождения, работают? Как мы можем видеть, слышать и так далее, с научной точки зрения, зная про микромир молекул и частиц, из которых состоит наше тело и мозг? Давайте обо всём по порядку!
Примечание:
Не существует абсолютно верного, 100% точного ответа на вопрос о том, как работают наши чувства. Как и везде в научном мире, мы снова окружены теориями, основанными на математических расчётах, на физических законах, на принципах квантовой механики, на экспериментах и на мыслях многих поколений учёных.
![[]](/img/g/grinxko_s_a/realnost/image2.png)
![[]](/img/g/grinxko_s_a/realnost/image3.png)
![[]](/img/g/grinxko_s_a/realnost/image4.png)
![[]](/img/g/grinxko_s_a/realnost/image5.png)
![[]](/img/g/grinxko_s_a/realnost/image6.png)
![[]](/img/g/grinxko_s_a/realnost/image7.png)
![[]](/img/g/grinxko_s_a/realnost/image8.png)
![[]](/img/g/grinxko_s_a/realnost/image9.png)
![[]](/img/g/grinxko_s_a/realnost/image10.png)
![[]](/img/g/grinxko_s_a/realnost/image1.png)