Что во Вселенной имеет самые маленькие размеры?
Есть один интересный вопрос, который человек задавал себе, наверное, с тех пор как научился добывать огонь. Звучит он так: что в окружающей Вселенной имеет самый маленький размер?
Когда-то, очень давно, люди считали, что нет на свете ничего меньшего, чем песчинка. И именно она является строительным блоком для всего, из чего состоит окружающий нас мир. Но через какое-то время люди открыли атом. И решили, что меньше точно ничего не бывает. Но и это оказалось не так. Выяснилось, что атом тоже имеет составные части. Электроны, нейтроны и протоны. Тогда люди посчитали, что это и есть самые простые частицы. Однако впоследствии оказалось, что опять произошла ошибка. И все гораздо сложнее. Потому что нейтроны и протоны делятся на кварки.
Современная физика пока не в курсе, имеют ли кварки какие-то составляющие. Фактов о том, что кварки содержат в себе еще что-то, пока нет. Есть, конечно, на этот счет некоторые теории. Одна из них предполагает, что кварки состоят из частиц, которые получили название преоны. Однако их существование никем не доказано.
Струны или точки?
В экспериментах, которые проводят физики, элементарные частицы, ведут себя как отдельные точки. Но при этом они не показывают никаких признаков того, что обладают какими-то пространственными характеристиками.
Однако для физиков подобное положение дел весьма неудобно. Ведь к такой точке, не имеющей определенных размеров, можно приближаться до конца жизни Вселенной. И посчитать силу, которая может быть применена к элементарной частице в непосредственной близости от нее, не представляется возможным. Ведь ее значение становится бесконечно большим. А ученые терпеть не могут бесконечность. Поэтому, чтобы выкрутится из столь щекотливой ситуации, они придумали хитрый ход.
Немного поразмыслив физики выдвинули весьма смелую гипотезу. Они назвали ее теорией струн. Ее авторы настаивают на том, что элементарные частицы — вовсе не точечные объекты. А простые колебания некоей гипотетической «струны». И поэтому ничто и никогда не может приблизиться вплотную к элементарной частице. Потому что она находится в постоянном колебательном движении. И гипотетический наблюдатель всегда будет немного ближе к одной части элементарной частицы, чем к другой. Весьма причудливое объяснение, не находите?
Подобный «ход конем», в общем-то, решает проблему бесконечности. Поэтому теория струн была воспринята в научном мире довольно тепло. Но, к великому сожалению, у науки пока нет никаких данных, подтверждающих или опровергающих ее.
Есть еще один, не менее экзотический способ решения это проблемы. В этом случае физики предложили считать, что пространство, на самом деле, дискретно. И фактически состоит из неких зерен. Или, по другому, пространственно-временной пены. И поэтому любые элементарные частицы никогда не смогут столкнуться друг с другом. Потому что между ними всегда есть какое-то расстояние, соответствующее минимальному размеру «пространственного зерна».
Сингулярность
На звание самой маленькой вещи во Вселенной претендует и еще очень интересная особенность. Она находится в центре любой черной дыры. И называется сингулярность.
Черные дыры — это настоящие жемчужины космоса. Они образуются в тот момент, когда колоссальные объемы материи концентрируются в относительно небольшой области пространства. Гравитационное поле подобного объекта становится просто чудовищным по своей мощности. И это приводит к тому, что в конце концов материя сжимается в точку, имеющую бесконечную плотность. Так, по крайней мере, считает официальная наука.
Однако все больше и больше ученых начинает отходить от этого представления. Они говорят о том, что на самом деле черные дыры не имеют никакой сингулярности внутри себя. По их мнению, предполагаемая бесконечно плотная точка — это лишь следствие несогласованности между двумя фундаментальными теориями — общей теорией относительности и квантовой механики. И для решения этой проблемы необходимо разработать теорию квантовой гравитации. Только тогда настоящая суть черных дыр раскроется нашему взору.
Планковская длина
У физиков в запасе есть и другие чудные вещи. Такие, например, как планковская длина. Ее значение — 1,6 x 10 ^ -35 метров. Это непостижимо малое расстояние. И его параметры взяты не просто из головы. Они связаны с различными физическими аспектами.
Планковкая длина слишком мала для того, чтобы ее можно было измерить каким-либо прибором. Однако, как полагают физики, именно она являет собой истинный предел наименее возможной короткой длины. И если применить в данном случае принцип неопределенности, то становится очевидно, что ни один инструмент никогда не сможет измерить что-то меньшее по размеру. Поскольку в таких масштабах свойства Вселенной становятся характеристикой вероятностной.
Планковская длина считается границей, после которой законы физики перестают подчиняться общей теории относительности и действуют в соответствии с законами квантовой механики.
Поэтому не исключено, что самые крохотные вещи во Вселенной вряд ли короче значения планковской длины.
Источник
15 самых маленьких вещей, которые реально существуют в этом мире
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
1. Пистолет SwissMiniGun
SwissMiniGun не больше, чем обычный ключ, но он способен стрелять крошечными пулями, которые вылетают со ствола со скоростью свыше 430 км/ч. Это более, чем достаточно, чтобы убить человека с близкого расстояния.
2. Автомобиль Peel 50
При весе всего в 69 кг Peel 50 является самым маленьким автомобилем, когда-либо допущенным для использования на дорогах. Этот трехколесный «пепелац» мог развивать скорость 16 км/ч.
3. Школа Калоу
ЮНЕСКО признала иранскую школу Калоу самой маленькой в мире. В ней всего 3 ученика и бывший солдат Абдул-Мухаммед Шерани, который сейчас работает учителем.
4. Чайник весом 1,4 грамма
Он был создан мастером по керамике Ву Руишеном. Хотя весит этот чайник всего 1,4 грамма и помещается на кончике пальца, в нем можно заваривать чай.
5. Тюрьма Сарк
Тюрьма Сарк была построена на Нормандских островах в 1856 году. В ней было место всего для 2 заключенных, которые причем пребывали в очень стесненных условиях.
6. Tumbleweed
Этот дом получил название «Перакати-поле» (Tumbleweed). Он был построен Джеем Шафером из Сан-Франциско. Хотя дом меньше, чем шкафы у некоторых людей (его площадь всего 9 квадратных метров), в нем есть рабочее место, спальня и ванна с душем и туалетом.
7. Миллс Энд Парк
Миллс Энд Парк в городе Портленд — самый маленький парк в мире. Его диаметр составляет всего. 60 сантиметров. При этом в парке есть плавательный бассейн для бабочек, миниатюрное колесо обозрения и крошечные статуи.
8. Эдвард Ниньо Эрнандес
Рост Эдварда Ниньо Эрнандеса из Колумбии — всего 68 сантиметров. Книга рекордов Гиннесса признала его самым маленьким человеком в мире.
9. Полицейский участок в телефонной будке
По существу он ничуть не больше телефонной будки. Но это был действительно функционирующий полицейский участок в городе Карабелле, штат Флорида.
10. Скульптуры Уилларда Уигана
Британский скульптор Уиллард Уиган, который страдал от дислексии и плохой успеваемости в школе, нашел утешение в создании миниатюрных произведений искусства. Его скульптуры едва видно невооруженным глазом.
11. Бактерия Mycoplasma Genitalium
Паразитарная бактерия Mycoplasma Genitalium обитает в половых органах и дыхательных путях у приматов. Ученые считают ее самым маленьким организмом, способным к независимому росту и размножению.
12. Свиной цирковирус
Хотя до сих пор идут дебаты о том, что можно считать «живым», а что нет, большинство биологов не классифицируют вирус как живой организм из-за того, что он не может воспроизводиться или не имеет метаболизма. Вирус, однако, может быть гораздо меньше, чем любой живой организм, включая бактерии. Самым маленьким является одноцепочечный ДНК вирус под названием свиной цирковирус. Его размер — всего лишь 17 нанометров.
13. Амеба
Размер самого маленького объекта, видимого невооруженным глазом, составляет примерно 1 миллиметр. Это означает, что при определенных условиях человек может увидеть амебу, инфузорию-туфельку и даже человеческую яйцеклетку.
14. Кварки, лептоны и антивещество.
В течение последнего века ученые добились больших успехов в понимании обширности пространства и микроскопических «строительных блоков», из которого оно состоит. Когда дело дошло до выяснения того, что является наименьшей наблюдаемой частицей во Вселенной, люди столкнулись с определенными трудностями. В какой-то момент они думали, что это атом. Затем ученые обнаружили протон, нейтрон и электрон.
Но на этом все не закончилось. Сегодня все знают, что когда сталкивать эти частицы друг с другом в таких местах, как Большой адронный коллайдер, их можно разбить на еще более мелке частицы, такие кварки, лептоны и даже антивещество. Проблема же заключается в том, что невозможно определить, что же самое маленькое, поскольку размер на квантовом уровне становится несущественным, равно как и не действуют все привычные правила физики (некоторые частицы не имеют массы, а другие даже имеют отрицательную массу).
15. Вибрирующие струны субатомных частиц
Учитывая то, что было сказано выше относительно того, что понятие размера не имеет значения на квантовом уровне, можно вспомнить теорию струн. Это немного спорная теория, предполагающая, что все субатомные частицы состоят из вибрирующих струн, которые взаимодействуют для создания таких вещей, как масса и энергия. Таким образом, поскольку эти струны технически не имеют физического размера, можно утверждать, что они в каком-то смысле «самые маленькие» объекты во Вселенной.
Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:
Источник
10 самых маленьких частиц во Вселенной
Ответ на постоянный вопрос о самой маленькой вещи во Вселенной развился вместе с человечеством. Люди когда-то думали, что песчинки были строительными блоками того, что мы видим вокруг.
Затем был открыт атом. Концепция атомов была впервые предложена греками, которые полагали, что объекты могут быть бесконечно разделены на две части, пока не останется одна неделимая частичка материи. Эта невообразимо малая единица не могла быть разделена дальше и поэтому называлась «атомом», образованным от греческого слова A-tomos. Где «А» означает «нет» и «томос» – делить.
Он считался неделимым, пока он не раскололся, чтобы обнаружить протоны, нейтроны и электроны внутри. Они тоже казались фундаментальными частицами, прежде чем ученые обнаружили, что протоны и нейтроны состоят из трех кварков каждый.
Так какие же из частиц являются самыми маленькими во Вселенной?
10. Электрон
Электрон – отрицательно заряженная субатомная частица. Он может быть свободным (не привязанным к какому-либо атому) или связанным с ядром атома. Электроны в атомах существуют в сферических оболочках различного радиуса, представляющих энергетические уровни. Чем больше сферическая оболочка, тем выше энергия, содержащаяся в электроне электрических проводниках поток тока возникает в результате движения электронов от атома к атому в отдельности и от отрицательных к положительным электрическим полюсам в целом. В полупроводниковых материалах ток также возникает как движение электронов.
9. Позитрон
Позитроны – это античастицы электронов. Основным отличием от электронов является их положительный заряд. Позитроны образуются при распаде нуклидов, в ядре которых имеется избыток протонов по сравнению с числом нейронов, когда происходит распад, эти радионуклиды испускают позитрон и нейтрино.
В то время как нейтрино выходит без взаимодействия с окружающим веществом, позитрон взаимодействует с электроном. Во время этого процесса аннигиляции массы позитрона и электрона превращаются в два фотона, которые расходятся в почти противоположных направлениях.
8. Протон
Протонная стабильная субатомная частица с положительным зарядом, равным по величине единице заряда электрона и массой покоя 1,67262 × 10 -27 кг.
Около десяти лет назад казалось, что и спектроскопия, и эксперименты по рассеянию сходились на протонном радиусе 0,8768 фемтометров (миллионные доли миллионной доли миллиметра).
Но в 2010 году новый поворот в спектроскопии поставил под сомнение этот идиллический консенсус. Команда измерила протонный радиус 0,84184 фемтометров.
7. Нейтрон
Вы знаете, что нейтроны находятся в ядре атома. В нормальных условиях протоны и нейтроны слипаются в ядре. Во время радиоактивного распада они могут быть выбиты оттуда. Нейтронные числа способны изменять массу атомов, потому что они весят примерно столько же, сколько протон и электрон вместе.
Нейтроны можно найти практически во всех атомах вместе с протонами и электронами. Водород -1 является единственным исключением. Атомы с одинаковым количеством протонов, но с разным количеством нейтронов называются изотопами одного и того же элемента.
Количество нейтронов в атоме не влияет на его химические свойства. Однако это влияет на его период полураспада, меру его стабильности. Нестабильный изотоп имеет короткий период полураспада, при котором половина его распадается на более легкие элементы.
6. Фотон
Представьте себе луч желтого солнечного света, сияющего через окно. Согласно квантовой физике, этот луч состоит из миллиардов крошечных пакетов света, называемых фотонами, которые текут по воздуху. Но что такое фотон?
Фотон – это наименьшее дискретное количество или квант электромагнитного излучения. Это основная единица всего света.
Фотоны всегда находятся в движении и в вакууме движутся с постоянной скоростью всем наблюдателям 2,998 × 10 8 м/с. Обычно это называют скоростью света, обозначаемой буквой с.
Согласно квантовой теории света Эйнштейна, фотоны имеют энергию, равную частоте их колебаний, умноженной на постоянную Планка. Эйнштейн доказал, что свет – это поток фотонов, энергия этих фотонов – это высота частоты их колебаний, а интенсивность света соответствует количеству фотонов.
5. Кварк
Кварк – одна из фундаментальных частиц в физике. Они соединяются, чтобы сформировать адроны, такие как протоны и нейтроны, которые являются компонентами ядер атомов.
Кварк имеет ограничение, что означает, что кварки не наблюдаются независимо, но всегда в сочетании с другими кварками. Это делает невозможным непосредственное измерение свойств (массы, спина и четности); эти черты должны быть выведены из частиц, состоящих из них.
4. Глюон
Спустя миллионную долю секунды после Большого взрыва Вселенная была невероятно плотной плазмой, настолько горячей, что не могло существовать ни ядер, ни даже ядерных частиц.
Плазма состояла из кварков, частиц, которые составляют нуклоны и некоторые другие элементарные частицы, и глюонов, безмассовых частиц, которые «переносят» силу между кварками.
Глюоны – это обменные частицы для цветовой силы между кварками, аналогичные обмену фотонов в электромагнитной силе между двумя заряженными частицами. Глюон можно считать фундаментальной обменной частицей, лежащей в основе сильного взаимодействия между протонами и нейтронами в ядре.
3. Мюон
Мюоны имеют такой же отрицательный заряд, как и электроны, но в 200 раз больше массы. Они возникают, когда частицы высокой энергии, называемые космическими лучами, врезаются в атомы в атмосфере Земли.
Путешествуя со скоростью, близкой к скорости света, мюоны осыпают Землю со всех сторон. Каждая область планеты размером с руку поражена примерно одним мюоном в секунду, и частицы могут пройти через сотни метров твердого материала, прежде чем они будут поглощены.
По словам Кристины Карлогану, физика из Физической лаборатории Клермон-Феррана во Франции, их вездесущность и проникающая способность делают мюоны идеальными для визуализации больших плотных объектов без их повреждения.
2. Нейтрино
Нейтрино – это субатомная частица, которая очень похожа на электрон, но не имеет электрического заряда и очень маленькой массы, которая может даже быть нулевой.
Нейтрино являются одной из самых распространенных частиц во Вселенной. Однако, поскольку они очень мало взаимодействуют с материей, их невероятно сложно обнаружить.
Для обнаружения нейтрино требуются очень большие и очень чувствительные детекторы. Как правило, нейтрино с низкой энергией проходит через многие световые годы нормальной материи, прежде чем взаимодействовать с чем-либо.
Следовательно, все наземные нейтринные эксперименты основаны на измерении крошечной доли нейтрино, которые взаимодействуют в детекторах разумного размера.
1. Бозон Хиггса
Физике частиц обычно тяжело конкурировать с политикой и сплетнями знаменитостей за заголовки, но бозон Хиггса привлек серьезное внимание. Возможно, знаменитое и неоднозначное прозвище знаменитого бозона, «Частица Бога», заставляло гудеть средства массовой информации.
С другой стороны, интригующая возможность того, что бозон Хиггса отвечает за всю массу во Вселенной, захватывает воображение.
Бозон Хиггса является, если не сказать, самой дорогой частицей всех времен. Это немного несправедливое сравнение; например, для открытия электрона потребовалось немного больше, чем для вакуумной трубки и настоящего гения, а для поиска бозона Хиггса потребовалось создание экспериментальных энергий, которые раньше редко встречались на планете Земля.
Источник