Сайт в режиме тестирования, извините за временные неудобства!
10 найбільш цікавих порівнянь мікросвіту
Дорогі друзі, сьогодні ми пропонуємо вам захоплюючу подорож. Подорож у мікросвіт – світ малих об'єктів. Настільки малих, що серед всіх тих, які ми розглянемо, піщинка буде найбільшою. Відразу скажемо, що це відео не про фізику. Ми не будемо говорити про квантові ефекти, принципі невизначеності та теорії струн. Ми не фізики. Це відео про цифри, масштабах і красу. Поїхали!
Піщинка є одним з найдрібніших об'єктів з тих, які ми бачимо неозброєним оком. 100 піщинок, поставлених у ряд, вмістяться на нігті людського пальця. 10 тисяч піщинок – і ось перед нами вже метр. А якщо розташувати їх «пліч-о-пліч» вздовж земного екватора, то нам знадобиться 400 мільярдів штук. Всього-то. Чи віддаєте ви собі звіт, що всі ці піщинки можна зібрати в один великий, але зовсім навіть не величезний, мішок, і важити він буде всього лише близько тонни?
Що ще у нас є такого, що ледве можна розгледіти? Людське волосся. Волосся у людей бувають різними, але в середньому їх товщина дорівнює 50-70 мікронам, тобто їх 15-20 штук на міліметр. Для того щоб викласти ними відстань до Місяця, буде потрібно 8 трильйонів волосся (якщо складати їх не по довжині, а по ширині, звичайно). Оскільки на голові однієї людини їх близько 100 тисяч, то якщо зібрати волосся у всього населення Росії, до Місяця вистачить з лишком і навіть ще залишиться.
Рухаємося далі — в світ вже невидимих неозброєним оком об'єктів. Бактерії. Їх розмір може відрізнятися у 10 разів — від 0.5 до 5 мікрон (хоча є й унікальні екземпляри розміром аж до 1 міліметра). Таким чином, в товщині людської волосинки їх поміститься до 100, а в сантиметрі — до 20 тисяч штук.
Віруси. Легко можемо допустити, що комусь вони здаються приблизно тим же, що й бактерії, — ми і самі іноді використовуємо ці слова як синоніми. Розміри вірусів відрізняються ще більше, ніж бактерій, — чи не в 100 тисяч разів. Якби справа йшла так з людьми, то вони були б ростом від 1 см до 1 кілометра, і їх соціальна взаємодія стала б цікавим видовищем. Але в цілому віруси менші, ніж бактерії. Середня довжина найбільш поширених різновидів — 100 нанометрів або 10-7 ступеня метра. Якщо ми знову виконаємо операцію наближення таким чином, щоб вірус став розміром з долоню, то довжина бактерії буде 1 метр, а товщина волосся — 50 метрів.
Невеликий відступ. Іменно на цьому масштабі ми підходимо до розмірів, які вже не зможемо розглянути в оптичний мікроскоп. І ось чому. Довжина хвилі видимого світла — від 400 до 750 нанометрів, і побачити об'єкти, менші цієї величини, просто неможливо (якщо тільки не застосувати якусь хитрість, наприклад змусивши їх випромінювати). Спробувавши освітити об'єкт, хвиля просто омине його і не відіб'ється. Іноді задають питання, як виглядає атом або якого він кольору.
Колись дуже давно нам здавалося, що для відповіді на нього потрібно просто подивитися в мікроскоп, і якщо не вистачить збільшення, то взяти ще один і приєднати до першого, а потім ще і ще, поки не вийде яскраве і чітке зображення, яке вже очевидно буде якоїсь форми і якогось кольору. Насправді ж, атом не виглядає ніяк. Просто взагалі ніяк. І не тому, що у нас недостатньо хороші мікроскопи, а тому що розміри атома менше відстані, для якого існує саме поняття «видимості»... Нам просто здалося важливим це відзначити ще й тому, що всі подальші ілюстрації будуть, швидше, просто картинками, а не чимось що реально відображає форми розглянутих об'єктів.
Взагалі, на масштабах нанометрів є багато різних цікавих об'єктів, але ми будемо зупинятись лише на тих, назви яких широко відомі. Тому наша наступна зупинка — молекули. Наприклад, молекула ДНК з шириною 3 помножена 10-9 метра. Тобто при збільшенні в мільйон разів її ширина стане рівною 3 міліметрам, а якщо в мільярд — 3 метри (з іншого боку, якщо просто взяти мільярд молекул, то їх навіть не буде видно без окулярів). Таким чином, молекула ДНК менша середнього вірусу в кілька десятків разів. Хоча це не зовсім чесно, адже ми порівнюємо ширину (ДНК) з довжиною (вірусу). Але все одно співвідношення тут приблизно такі. Давайте ще для порівняння візьмемо молекулу води. Її приблизний розмір — 3 на 10-10 метра. У склянці води таких молекул 10 септиллионів — приблизно стільки міліметрів від нас до Галактики Андромеди. Від нас до Андромеди приблизно 10 септиллионов міліметрів, а в склянці води 10 септиллионів молекул. Вражає?
Молекули, як відомо, складаються з атомів, та їх розміри цілком порівнянні. Наприклад, діаметр атома вуглецю (основи всього життя на Землі) — 3.5 на 10-10 метра, тобто навіть трохи більше, ніж молекули води. Атом водню в 10 разів менше — 3 на 10-11 метра. Це, звичайно, мало. Але наскільки мало? Вражає всяка (здорова) уява, факт полягає в тому, що найдрібніша, ледь помітна крупинка солі складається з 1 квінтильйонів атомів.
Занурюємося ще на один крок углиб. Невеликий такий «крок» відразу на 4 порядка, — як від розміру футбольного стадіону до розміру бджоли, що сидить в центрі поля. Частинки. Відразу слід сказати, що на таких масштабах саме поняття розміру досить умовно. І якщо ми говоримо про елементарні частинки, то вже доводиться враховувати, яку модель ми застосовуємо, квантову або класичну. Так званий «класичний» діаметр електрона — 5.5 фемтометров або 5.5 на 10-15 метра.
Розміри протона і нейтрона ще менші і становлять близько 1.5 фемтометров. Іронія в тому, що протони важче електрона у 1836 раз, — вже одне це повинно дещо сказати про умовності наведених вище розмірів. Протонів в метрі приблизно стільки ж, скільки мурашок на планеті Земля, хоча ми не впевнені, що ці два значення пов'язані один з одним. Використовуємо вже звичне нам збільшення. Протон зручно лежить у нас в долоні, — і тоді розмір середнього вірусу виявиться рівним 7 000 кілометрів (майже як вся Росія з заходу на схід, між іншим), а товщина волосини в 2 рази перевищить розміри Сонця.
Вам не здається, що далі вже просто нема чому? Так, ми щось чули про кварками, але про їх розміри взагалі складно сказати щось певне. Передбачається, що вони знаходяться десь у межах 10-19-й і 10-18й метра. Найменший — істинний кварк — «діаметром» (давайте для нагадування про вищесказане будемо використовувати це слово в лапках), і так, діаметром 10-22ї метра. Є ще така штука як нейтрино. Подивіться на свою долоню. Через неї щомиті пролітає трильйон нейтрино, випускаємим Сонцем. І можете не ховати руку за спину. Нейтрино з легкістю пройдуть і крізь ваше тіло, і крізь стіну, і крізь всю нашу планету, і навіть крізь шар свинцю товщиною в 1 світловий рік. «Діаметр» нейтрино дорівнює 10-24 метра — ця частка в 100 разів менше істинного кварка, або в мільярд разів менше протона, або в 10 септиллионів разів менше тиранозавра. Майже у стільки ж разів сам тираннозавр менше всій осяжній Всесвіту (точніше, був меншим, поки не вимер). Якщо збільшити нейтрино так, щоб він був розміром з апельсин, то навіть протон буде в 10 разів більше Землі. Ось так.
Рухатися углиб матерії нескінченно все-таки можна, і незабаром ми уткнемся в глухий кут. Ось тільки для досягнення цих самих «тупикових» розмірів нам доведеться опуститися ще на 11 порядків, якщо рахувати від нейтрино. Отже, на розмірах 10-35 метра нас чекає таке чудове поняття, як планковска довжина — мінімальна відстань з можливих в реальному світі (наскільки це прийнято вважати в сучасній науці). Ще тут мешкають квантові струни — об'єкти вельми примітні з будь-якої точки зору (наприклад, вони одномірні, — у них немає товщини), але для нашої теми важливо, що їх довжина теж знаходиться в межах 10-35 метра. Давайте зробимо наш стандартний «збільшувальний» експеримент в останній раз. Квантова струна стає зручного розміру, і ми тримаємо її в руці як олівець. При цьому нейтрино буде в 7 разів більше Сонця, а атом водню в 300 разів перевищить розміри Чумацького Шляху. Нарешті ми підійшли до самої структурі світобудови — масштабом, на якому простір стає схожим на час, час на простір, і відбуваються різні інші химерні штуки. Далі вже нічого немає (напевно).................
Піщинка є одним з найдрібніших об'єктів з тих, які ми бачимо неозброєним оком. 100 піщинок, поставлених у ряд, вмістяться на нігті людського пальця. 10 тисяч піщинок – і ось перед нами вже метр. А якщо розташувати їх «пліч-о-пліч» вздовж земного екватора, то нам знадобиться 400 мільярдів штук. Всього-то. Чи віддаєте ви собі звіт, що всі ці піщинки можна зібрати в один великий, але зовсім навіть не величезний, мішок, і важити він буде всього лише близько тонни?
Що ще у нас є такого, що ледве можна розгледіти? Людське волосся. Волосся у людей бувають різними, але в середньому їх товщина дорівнює 50-70 мікронам, тобто їх 15-20 штук на міліметр. Для того щоб викласти ними відстань до Місяця, буде потрібно 8 трильйонів волосся (якщо складати їх не по довжині, а по ширині, звичайно). Оскільки на голові однієї людини їх близько 100 тисяч, то якщо зібрати волосся у всього населення Росії, до Місяця вистачить з лишком і навіть ще залишиться.
Рухаємося далі — в світ вже невидимих неозброєним оком об'єктів. Бактерії. Їх розмір може відрізнятися у 10 разів — від 0.5 до 5 мікрон (хоча є й унікальні екземпляри розміром аж до 1 міліметра). Таким чином, в товщині людської волосинки їх поміститься до 100, а в сантиметрі — до 20 тисяч штук.
Віруси. Легко можемо допустити, що комусь вони здаються приблизно тим же, що й бактерії, — ми і самі іноді використовуємо ці слова як синоніми. Розміри вірусів відрізняються ще більше, ніж бактерій, — чи не в 100 тисяч разів. Якби справа йшла так з людьми, то вони були б ростом від 1 см до 1 кілометра, і їх соціальна взаємодія стала б цікавим видовищем. Але в цілому віруси менші, ніж бактерії. Середня довжина найбільш поширених різновидів — 100 нанометрів або 10-7 ступеня метра. Якщо ми знову виконаємо операцію наближення таким чином, щоб вірус став розміром з долоню, то довжина бактерії буде 1 метр, а товщина волосся — 50 метрів.
Невеликий відступ. Іменно на цьому масштабі ми підходимо до розмірів, які вже не зможемо розглянути в оптичний мікроскоп. І ось чому. Довжина хвилі видимого світла — від 400 до 750 нанометрів, і побачити об'єкти, менші цієї величини, просто неможливо (якщо тільки не застосувати якусь хитрість, наприклад змусивши їх випромінювати). Спробувавши освітити об'єкт, хвиля просто омине його і не відіб'ється. Іноді задають питання, як виглядає атом або якого він кольору.
Колись дуже давно нам здавалося, що для відповіді на нього потрібно просто подивитися в мікроскоп, і якщо не вистачить збільшення, то взяти ще один і приєднати до першого, а потім ще і ще, поки не вийде яскраве і чітке зображення, яке вже очевидно буде якоїсь форми і якогось кольору. Насправді ж, атом не виглядає ніяк. Просто взагалі ніяк. І не тому, що у нас недостатньо хороші мікроскопи, а тому що розміри атома менше відстані, для якого існує саме поняття «видимості»... Нам просто здалося важливим це відзначити ще й тому, що всі подальші ілюстрації будуть, швидше, просто картинками, а не чимось що реально відображає форми розглянутих об'єктів.
Взагалі, на масштабах нанометрів є багато різних цікавих об'єктів, але ми будемо зупинятись лише на тих, назви яких широко відомі. Тому наша наступна зупинка — молекули. Наприклад, молекула ДНК з шириною 3 помножена 10-9 метра. Тобто при збільшенні в мільйон разів її ширина стане рівною 3 міліметрам, а якщо в мільярд — 3 метри (з іншого боку, якщо просто взяти мільярд молекул, то їх навіть не буде видно без окулярів). Таким чином, молекула ДНК менша середнього вірусу в кілька десятків разів. Хоча це не зовсім чесно, адже ми порівнюємо ширину (ДНК) з довжиною (вірусу). Але все одно співвідношення тут приблизно такі. Давайте ще для порівняння візьмемо молекулу води. Її приблизний розмір — 3 на 10-10 метра. У склянці води таких молекул 10 септиллионів — приблизно стільки міліметрів від нас до Галактики Андромеди. Від нас до Андромеди приблизно 10 септиллионов міліметрів, а в склянці води 10 септиллионів молекул. Вражає?
Молекули, як відомо, складаються з атомів, та їх розміри цілком порівнянні. Наприклад, діаметр атома вуглецю (основи всього життя на Землі) — 3.5 на 10-10 метра, тобто навіть трохи більше, ніж молекули води. Атом водню в 10 разів менше — 3 на 10-11 метра. Це, звичайно, мало. Але наскільки мало? Вражає всяка (здорова) уява, факт полягає в тому, що найдрібніша, ледь помітна крупинка солі складається з 1 квінтильйонів атомів.
Занурюємося ще на один крок углиб. Невеликий такий «крок» відразу на 4 порядка, — як від розміру футбольного стадіону до розміру бджоли, що сидить в центрі поля. Частинки. Відразу слід сказати, що на таких масштабах саме поняття розміру досить умовно. І якщо ми говоримо про елементарні частинки, то вже доводиться враховувати, яку модель ми застосовуємо, квантову або класичну. Так званий «класичний» діаметр електрона — 5.5 фемтометров або 5.5 на 10-15 метра.
Розміри протона і нейтрона ще менші і становлять близько 1.5 фемтометров. Іронія в тому, що протони важче електрона у 1836 раз, — вже одне це повинно дещо сказати про умовності наведених вище розмірів. Протонів в метрі приблизно стільки ж, скільки мурашок на планеті Земля, хоча ми не впевнені, що ці два значення пов'язані один з одним. Використовуємо вже звичне нам збільшення. Протон зручно лежить у нас в долоні, — і тоді розмір середнього вірусу виявиться рівним 7 000 кілометрів (майже як вся Росія з заходу на схід, між іншим), а товщина волосини в 2 рази перевищить розміри Сонця.
Вам не здається, що далі вже просто нема чому? Так, ми щось чули про кварками, але про їх розміри взагалі складно сказати щось певне. Передбачається, що вони знаходяться десь у межах 10-19-й і 10-18й метра. Найменший — істинний кварк — «діаметром» (давайте для нагадування про вищесказане будемо використовувати це слово в лапках), і так, діаметром 10-22ї метра. Є ще така штука як нейтрино. Подивіться на свою долоню. Через неї щомиті пролітає трильйон нейтрино, випускаємим Сонцем. І можете не ховати руку за спину. Нейтрино з легкістю пройдуть і крізь ваше тіло, і крізь стіну, і крізь всю нашу планету, і навіть крізь шар свинцю товщиною в 1 світловий рік. «Діаметр» нейтрино дорівнює 10-24 метра — ця частка в 100 разів менше істинного кварка, або в мільярд разів менше протона, або в 10 септиллионів разів менше тиранозавра. Майже у стільки ж разів сам тираннозавр менше всій осяжній Всесвіту (точніше, був меншим, поки не вимер). Якщо збільшити нейтрино так, щоб він був розміром з апельсин, то навіть протон буде в 10 разів більше Землі. Ось так.
Рухатися углиб матерії нескінченно все-таки можна, і незабаром ми уткнемся в глухий кут. Ось тільки для досягнення цих самих «тупикових» розмірів нам доведеться опуститися ще на 11 порядків, якщо рахувати від нейтрино. Отже, на розмірах 10-35 метра нас чекає таке чудове поняття, як планковска довжина — мінімальна відстань з можливих в реальному світі (наскільки це прийнято вважати в сучасній науці). Ще тут мешкають квантові струни — об'єкти вельми примітні з будь-якої точки зору (наприклад, вони одномірні, — у них немає товщини), але для нашої теми важливо, що їх довжина теж знаходиться в межах 10-35 метра. Давайте зробимо наш стандартний «збільшувальний» експеримент в останній раз. Квантова струна стає зручного розміру, і ми тримаємо її в руці як олівець. При цьому нейтрино буде в 7 разів більше Сонця, а атом водню в 300 разів перевищить розміри Чумацького Шляху. Нарешті ми підійшли до самої структурі світобудови — масштабом, на якому простір стає схожим на час, час на простір, і відбуваються різні інші химерні штуки. Далі вже нічого немає (напевно).................
09.10.2015 14:18
orlada
2845
