Вселенная — атом: возможно ли?
Считается, что границы наблюдения человека в космосе сейчас составляют примерно 93 миллиарда световых лет. Оставшиеся же масштабы вселенной нашему разуму пока не удается ни осознать, ни изучить. Тем не менее многие деятели науки сегодня считают, что наша галактика и прочие существующие в космосе тела помещаются лишь в пределы одного атома. Давайте разбираться, возможно ли это.
Согласно имеющимся у ученых сведениям, недоступные нашему взору просторы вселенной составляют в диаметре 20 триллионов световых лет, при этом подавляющую часть этого пространства занимают пустоты. Однако и они, и другие космические тела состоят из мельчайших частиц – атомов. Именно эти частицы являют собой материю, из которой соткано все наше мироздание: и огромные далекие планеты, и наша атмосфера, и мы – люди.
Атомы настолько малы, что даже самые современные микроскопы не позволяют сделать их подробный и четкий снимок, поэтому с уверенностью утверждать, что мы знаем о них все, было бы неправильно. На сегодняшний день мы не можем со стопроцентной точностью сказать, как выглядят эти частицы: воссоздание их наиболее полного образа происходит согласно всевозможным теоретическим данным. Впрочем, кое-что об атоме мы все-таки знаем: он состоит из еще более мелких частиц, таких как протоны, нейтроны, кварки и электроны. Также известно, что организм отдельно взятого взрослого представителя человечества состоит из порядка 7 октиллионов атомов.
В 1911 году Эрнест Резерфорд впервые обнародовал свою «Планетарную модель атома», созданную им на основании результатов эксперимента Гейгера и Марсдена по рассеиванию альфа-частиц в тонкой золотой фольге. Этот знаменитый британский физик представил строение атома как положительно заряженное ядро, сосредоточившее в себе почти всю массу частицы, вокруг которого вращаются электроны. Согласитесь, весьма похоже на устройство нашей солнечной системы. Именно эта структура заставила ученых впервые задуматься над теорией микро-вселенной.
Чтобы эта теория не казалась вам слишком уж фантастичной, следует задуматься о том, насколько относительны размеры любого существующего в мире объекта. К примеру, муравьи и другие насекомые кажутся нам нереально маленькими. А что же они думают о нас? Понимают ли, что живут в мире гигантов? Вероятнее всего, нет, ведь наш мир не пропорционален их размерам. Возможно, что их разум даже неспособен осознать людей как живых существ, каким-либо образом оказывающих влияние на их существование.
То же самое и с нами: по сравнению со многими другими космическими объектами, к примеру, галактиками, наш мир не просто крошечный – он незаметен. Отсюда напрашивается вывод: предположение, что наша реальность находится на субатомном уровне какой-либо иной вселенной, существующей на уровне атомов, вполне логично. Еще один аргумент данной теории звучит следующим образом: абсолютно все объекты в мире, будь то один из этих космических гигантов или еда, находящаяся в вашей тарелке, состоят из одного и того же «строительного материала».
Если верить, что вселенная – всего лишь атом другого мира, вполне возможно, что астрономы, биологи и физики, изучающие, казалось бы, разные сферы науки, занимаются на самом деле одним делом: один, наблюдая в телескоп скопления галактик, оставшиеся – задумываясь над строением живой клетки и атома. Кто знает, возможно, руководствуясь этим подходом, мы сможем лучше понять мир, в котором живем, и даже защититься от реальных космических угроз.
Источник
Правда ли, что Вселенная на 99% состоит из пустоты?
Все мы знаем, что абсолютно все видимое и невидимое во Вселенной состоит из атомов (темная материя не в счет, так как никто толком не знает, из чего она состоит). Каждая такая частица содержит в себе ядро и электроны, которые крутятся вокруг него, будучи связанными с ядром благодаря электромагнитному взаимодействию. Однако ядро атома настолько мало, что если мысленно себе представить растянутый до размеров футбольного поля атом, то его ядро будет иметь размер всего лишь с маковое зерно. Для чего атому нужно столько лишнего пространства и правда ли, что наша Вселенная на 99% состоит из пустоты?
Возможно, Вселенная на 99 % состоит из пустоты. Почему же это так?
Почему мы не можем ходить сквозь стены?
Несмотря на то, что большую часть атома составляет пустота, крошечные его составляющие — электроны, играют весьма важную роль в “заполнении” этой пустоты. Так, хотя электронов в атоме обычно совсем немного, их поведение сродни большой стае птиц, в которой при синхронном движении нет какой-либо четкой границы. Все, что мы можем видеть при таком движении, представляет из себя хаотично изменяющуюся неопределенную форму. Электроны, постоянно меняя свое расположение в атоме, движутся строго по уравнению, которое в XX веке впервые описал знаменитый ученый Эрвин Шредингер. Да-да, тот самый ученый, который любил ставить квантовые опыты над кошками.
Танцуя внутри атома, электроны могут получать и отдавать поступающую извне энергию. Именно поэтому свет не способен проникнуть сквозь стену, так как электроны атомов стены попросту забирают энергию света, отдавая ее спустя небольшой промежуток времени. Благодаря подобному явлению приема и отдачи света, находящаяся рядом с вами стена кажется твердой и непрозрачной.
Может ли Вселенная быть пустой?
Вселенная славится объектами, которые способны удивить своими колоссальными размерами любого земного скептика. Так, самым большим объектом в изученной нами части Вселенной признан объект, названный астрономами Великой стеной Геркулес — Северная Корона. Гигантская структура простирается аж на целых 10 миллиардов световых лет и представляет из себя огромное количество собранных вместе галактик разных форм и размеров.
Великая стена Геркулес — Северная Корона простирается более чем на 10 миллиардов световых лет
По сравнению с гигантской структурой, наша Солнечная Система представляется маленькой точкой, затерянной где-то далеко на краю галактики Млечный Путь. Несмотря на это, гравитационное поле нашего Солнца (и не только его, но и других звезд Вселенной) в несколько тысяч раз превышает его собственные размеры. Благодаря такой мудрой настройке, планеты могут вращаться вокруг орбит своих звезд, не опасаясь улететь куда-то далеко в глубокий космос.
Движение электронов в атоме схоже с хаотичным движением птиц в стае
Похожая ситуация возникает и внутри атома. Соотношение размеров электронов, атомного ядра и расстояний между ними крайне напоминает соотношение размеров космических тел и их расстояний в макромире. Иными словами, огромные расстояния внутри атома могут пролить свет на вопрос о возможной пустоте Вселенной.
Если это так, то Вселенная действительно на 99 % состоит из пустоты, в то время как 1 % всей видимой глазу материи создает известный нам окружающий мир. Несмотря на этот невероятный факт, все это огромное “ничего” вмещает в себя множество невидимых и еще неизученных сил, которые, возможно, мы однажды сможем обуздать.
Если вам понравилась данная статья, приглашаю вас присоединиться к нашему каналу на Яндекс.Дзен, где вы сможете найти еще больше полезной информации из области популярной науки и техники.
Источник
Нет космоса без атома. Как ядерщики участвуют в освоении далёких миров
12 апреля становится профессиональным праздником и физиков-ядерщиков.
Чем дальше мы хотим заглянуть в космос, тем более совершенные нужны технологии. Для дальних перелётов требуются ядерные двигатели, а кометы и планеты уже сейчас «бомбардируют» нейтронными генераторами — именно так обнаруживают воду, метан и другие вещества.
Но участие российских атомщиков в космической программе не исчерпывается использованием их радиационных и реакторных технологий для освоения далёких миров и создания управляемых аппаратов для исследований других планет. Научный потенциал отрасли используется и в других целях.
Дедушка «Хаббл»
Всем известный телескоп «Хаббл», работающий в открытом космосе, имеет разрешающую способность в 7-10 раз выше, чем она была бы у аналогичного телескопа на Земле. Ему не мешает атмосфера, поглощающая некоторые лучи, а потому практически все значимые открытия в астрономии за последние 20 лет сделаны на основе его данных. Но он уже дедушка — работает с 1990 г., и зеркало по мощности отражения сейчас «не отрабатывает» и половины начальных возможностей. А потому через пару лет должен отправиться на покой.
Предполагается, что заменит его другой телескоп — Т-170М.
Его установят на новой космической обсерватории — «Спектр-УФ», которая появится на орбите в 2018-2019 гг. Диаметр главного зеркала — 170 см вместо 240 см у «Хаббла». Но чуть меньшие размеры не повлияют на качество исследований.
«Необходим высокий коэффициент отражения зеркала, — объясняет Валерий Жупанов, начальник лаборатории росатомовского НИИ НПО «Луч». — Такой он у алюминия. Но это очень активный металл, в природе в чистом виде не встречается. А потому на поверхности, покрытой алюминием, быстро появляется тонкая плёнка окиси».
С плёнкой прозрачность уже, конечно, не та. Но российским атомщикам удалось создать технологию покрытия, которая обеспечит высокое качество изображения.
Глаз не увидит
Руководство международного проекта «Спектр-УФ» выбор сделало в пользу технологии, созданной на нашем «Луче», неслучайно. Она гарантирует не только высокий коэффициент отражения, но и однородность покрытия, отсутствие дефектов, поскольку толщина нанесения абсолютно контролируема.
А это тоже существенно улучшает показатели работы будущего телескопа в ультрафиолетовом спектре.
«Мы научились очень быстро наносить алюминий и делаем это в специальной вакуумной установке, исключая его контакт с кислородом, — рассказывает Валерий Жупанов. — А затем сразу покрываем его защитной плёнкой фторида магния. Её толщина — всего 25 нанометров. Даже увидеть невозможно».
Но эта невидимая глазу плёнка и защитит зеркало до того, как телескоп выведут на орбиту, не повлияв на его способность отражать лучи. Главное — нанести её так же быстро, как алюминий, плюс — равномерно. Помимо вакуумной камеры на предприятии создали специальный комплекс чистых помещений, где поверхность подготавливают к нанесению, а также провели испытания покрытия в условиях, моделирующих космическое пространство. Эта работа атомщиков не осталась без внимания академического сообщества — она отмечена в докладе РАН «О состоянии фундаментальных наук в РФ и о важнейших научных достижениях российских учёных в 2015 г.».
«Когда начинали, я знал, что в ясную ночь обсерваторию с этим телескопом можно будет увидеть даже в бинокль. Думал, найду в небе «свою звезду», посмотрю на неё и пойму, что жизнь прожита не зря, — говорит Валерий Григорьевич. — Но позже выяснилось: орбита у «Спектра-УФ» будет такой, что ехать для этого придётся далеко — куда-нибудь между Испанией и Африкой. Но всё равно приятно, когда в таком важном проекте есть и твой труд».
Источник
Новое в блогах
Нет космоса без атома. Как ядерщики участвуют в освоении далёких миров
12 апреля становится профессиональным праздником и физиков-ядерщиков.
Чем дальше мы хотим заглянуть в космос, тем более совершенные нужны технологии. Для дальних перелётов требуются ядерные двигатели, а кометы и планеты уже сейчас «бомбардируют» нейтронными генераторами — именно так обнаруживают воду, метан и другие вещества.
Но участие российских атомщиков в космической программе не исчерпывается использованием их радиационных и реакторных технологий для освоения далёких миров и создания управляемых аппаратов для исследований других планет. Научный потенциал отрасли используется и в других целях.
Дедушка «Хаббл»
Всем известный телескоп «Хаббл», работающий в открытом космосе, имеет разрешающую способность в 7-10 раз выше, чем она была бы у аналогичного телескопа на Земле. Ему не мешает атмосфера, поглощающая некоторые лучи, а потому практически все значимые открытия в астрономии за последние 20 лет сделаны на основе его данных. Но он уже дедушка — работает с 1990 г., и зеркало по мощности отражения сейчас «не отрабатывает» и половины начальных возможностей. А потому через пару лет должен отправиться на покой.
Предполагается, что заменит его другой телескоп — Т-170М.
Его установят на новой космической обсерватории — «Спектр-УФ», которая появится на орбите в 2018-2019 гг. Диаметр главного зеркала — 170 см вместо 240 см у «Хаббла». Но чуть меньшие размеры не повлияют на качество исследований.
«Необходим высокий коэффициент отражения зеркала, — объясняет Валерий Жупанов, начальник лаборатории росатомовского НИИ НПО «Луч». — Такой он у алюминия. Но это очень активный металл, в природе в чистом виде не встречается. А потому на поверхности, покрытой алюминием, быстро появляется тонкая плёнка окиси».
С плёнкой прозрачность уже, конечно, не та. Но российским атомщикам удалось создать технологию покрытия, которая обеспечит высокое качество изображения.
Глаз не увидит
Руководство международного проекта «Спектр-УФ» выбор сделало в пользу технологии, созданной на нашем «Луче», неслучайно. Она гарантирует не только высокий коэффициент отражения, но и однородность покрытия, отсутствие дефектов, поскольку толщина нанесения абсолютно контролируема.
А это тоже существенно улучшает показатели работы будущего телескопа в ультрафиолетовом спектре.
«Мы научились очень быстро наносить алюминий и делаем это в специальной вакуумной установке, исключая его контакт с кислородом, — рассказывает Валерий Жупанов. — А затем сразу покрываем его защитной плёнкой фторида магния. Её толщина — всего 25 нанометров. Даже увидеть невозможно».
Но эта невидимая глазу плёнка и защитит зеркало до того, как телескоп выведут на орбиту, не повлияв на его способность отражать лучи. Главное — нанести её так же быстро, как алюминий, плюс — равномерно. Помимо вакуумной камеры на предприятии создали специальный комплекс чистых помещений, где поверхность подготавливают к нанесению, а также провели испытания покрытия в условиях, моделирующих космическое пространство. Эта работа атомщиков не осталась без внимания академического сообщества — она отмечена в докладе РАН «О состоянии фундаментальных наук в РФ и о важнейших научных достижениях российских учёных в 2015 г.».
«Когда начинали, я знал, что в ясную ночь обсерваторию с этим телескопом можно будет увидеть даже в бинокль. Думал, найду в небе «свою звезду», посмотрю на неё и пойму, что жизнь прожита не зря, — говорит Валерий Григорьевич. — Но позже выяснилось: орбита у «Спектра-УФ» будет такой, что ехать для этого придётся далеко — куда-нибудь между Испанией и Африкой. Но всё равно приятно, когда в таком важном проекте есть и твой труд».
Источник