Вълшебен микрокосмос 20 удивителни факта за невъобразимо малки обекти
Каним ви на пътешествие в микросвета – света на малките предмети. Толкова малък, че сред всички, които разглеждаме, песъчинката ще бъде най-голямата.
1. Но ние ще започнем от съвсем друга страна. Преди да се отправим на пътешествие към дълбините на материята, нека насочим погледа си нагоре. Например, известно е, че средното разстояние до Луната е почти 400 хиляди километра, до Слънцето - 150 милиона, до Плутон (който вече не се вижда без телескоп) - 6 милиарда, до най-близката звезда Проксима Кентавър - 40 трилиона, до най-близката голяма галактика на мъглявината Андромеда - 25 квинтилиона и накрая до покрайнините на наблюдаваната Вселена - 130 секстилиона. Впечатляващо, разбира се, но разликата между всички тези "квадри-", "квинти-" и "секс-" не изглежда толкова голяма, въпреки че се различават един от друг хиляди пъти. Микрокосмосът е съвсем друг въпрос. Как може толкова много интересни неща да се крият в него, защото просто няма къде да се събере там. Това ни казва здравият разум и е погрешно.
2. Ако най-малкото известно разстояние във Вселената е в единия край на логаритмичната скала, а най-голямото известно разстояние в другия край, тогава в средата ще има ... песъчинка. Диаметърът му е 0,1 мм.
3. Ако поставите 400 милиарда песъчинки в един ред, техният ред ще обиколи цялото земно кълбо по екватора. И ако съберете същите 400 милиарда в торба, тя ще тежи около тон.
4. Дебелината на човешкия косъм е 50-70 микрона, тоест има 15-20 косъма на милиметър. За да изложите разстоянието до Луната с тях, ще са необходими 8 трилиона косми (ако ги добавите не по дължина, а по ширина, разбира се). Тъй като има около 100 хиляди от тях на главата на един човек, ако съберете косми от всичкинаселението на българия, повече от достатъчно до луната и дори още остава.
5. Бактериите са с размер от 0,5 до 5 микрона. Ако увеличим средната бактерия до такъв размер, че да се побере удобно в дланта ни (100 хиляди пъти), дебелината на косъма ще стане равна на 5 метра.
6. Между другото, цял квадрилион бактерии живеят в човешкото тяло, а общото им тегло е 2 килограма. Те всъщност са дори повече от клетките на самото тяло. Така че е напълно възможно да се каже, че човек е точно такъв организъм, състоящ се от бактерии и вируси с малки включвания на нещо друго.
8. Средната дължина на най-разпространените щамове вируси е 100 нанометра или 10^(-7) градуса от метър. Ако отново извършим операцията за приближаване, така че вирусът да стане с размер на длан, тогава дължината на бактерията ще бъде 1 метър, а дебелината на косъма ще бъде 50 метра.
9. Дължината на вълната на видимата светлина е между 400 и 750 нанометра и обекти, по-малки от тази, са просто невъзможни за виждане. Опитвайки се да освети такъв обект, вълната просто ще го заобиколи и няма да се отрази.
10. Понякога хората питат как изглежда атомът или какъв цвят има. Всъщност атомът не прилича на нищо. Просто не изобщо. И не защото нямаме достатъчно добри микроскопи, а защото размерът на атома е по-малък от разстоянието, за което съществува самата концепция за „видимост“ ...
11. 400 трилиона вируси могат да бъдат плътно опаковани по обиколката на земното кълбо. Много. Светлината изминава това разстояние в километри за 40 години. Но ако ги съберете всички заедно, те лесно могат да се поберат на върха на пръста ви.
12. Приблизителният размер на една водна молекула е 3 на 10^(-10) метра. В чаша вода има 10 такива молекули.септилион - приблизително на толкова милиметра от нас до галактиката Андромеда. А в кубичен сантиметър въздух има 30 квинтилиона молекули (главно азот и кислород).
13. Диаметърът на въглероден атом (основата на целия живот на Земята) е 3,5 на 10^(-10) метра, тоест дори малко повече от една водна молекула. Водородният атом е 10 пъти по-малък - 3 на 10 ^ (-11) метра. Това, разбира се, не е достатъчно. Но колко малко? Удивителният факт е, че най-малкото, едва различимо зрънце сол се състои от 1 квинтилион атома.
Нека се върнем към нашата стандартна скала и да увеличим мащаба на водородния атом, така че да пасне удобно в ръката. Тогава вирусите ще бъдат с размери 300 метра, бактериите 3 километра, а дебелината на косъма ще бъде 150 километра и дори в легнало състояние ще надхвърли границите на атмосферата (и на дължина може да достигне Луната).
14. Така нареченият "класически" електронен диаметър е 5,5 фемтометъра, или 5,5 на 10^(-15) метра. Размерът на протона и неутрона е още по-малък, около 1,5 фемтометъра. Има приблизително същия брой протони в един метър, колкото има мравки на планетата Земя. Използваме вече познатото ни увеличение. Протонът лежи удобно в дланта ни и тогава размерът на средния вирус ще е равен на 7000 километра (между другото почти колкото цяла България от запад на изток), а дебелината на косъм ще е 2 пъти по-голяма от Слънцето.
15. Трудно е да се каже нещо определено за размера. Предполага се, че са някъде между 10^(-19) - 10^(-18) метра. Най-малкият - истински кварк - "диаметър" (нека напишем тази дума в кавички, за да напомним горното) 10 ^ (-22) метра.
16. Има и такова нещо като неутрино. Погледнете дланта си. Чрез неяВсяка секунда един трилион неутрино, излъчвани от Слънцето, прелита. И не можете да скриете ръката си зад гърба си. Неутриното лесно ще премине през тялото ви, и през стената, и през цялата ни планета, и дори през слой олово с дебелина 1 светлинна година. „Диаметърът“ на неутрино е 10^(-24) метра – тази частица е 100 пъти по-малка от истински кварк, или милиард пъти по-малка от протон, или 10 септилиона пъти по-малка от тиранозавър рекс. Почти толкова пъти самият тиранозавър е по-малък от цялата видима вселена. Ако увеличите неутриното, така че да е с размер на портокал, тогава дори един протон ще бъде 10 пъти по-голям от размера на Земята.
17. Засега искрено се надявам едно от следните две неща да ви направи впечатление. Първо, можем да отидем дори по-далеч (и дори да направим някои смислени предположения за това какво ще има там). Второто - но в същото време все още е невъзможно да се движим дълбоко в материята безкрайно и скоро ще се сблъскаме в задънена улица. Просто за да постигнем тези много "задънени" размери, ще трябва да слезем с още 11 порядъка, ако броим от неутрино. Тоест тези размери са 100 милиарда пъти по-малки от неутриното. Между другото, една песъчинка е по-малка от цялата ни планета.
18. И така, при размер от 10^(-35) метра, ние чакаме такава прекрасна концепция като дължината на Планк, минималното възможно разстояние в реалния свят (доколкото обикновено се смята в съвременната наука).
19. Тук живеят и квантови струни - обекти, които са много забележителни от всякаква гледна точка (например, те са едномерни - нямат дебелина), но за нашата тема е важно дължината им също да е в рамките на 10^(-35) метра. Нека направим нашия стандартен "увеличаващ" експеримент за последен път. Квантовият низ става удобен размер и ние го задържамеръка като молив. В този случай неутриното ще бъде 7 пъти по-голямо от Слънцето, а водородният атом ще бъде 300 пъти по-голям от Млечния път.
20. Накрая стигаме до самата структура на Вселената - мащабът, в който пространството става като време, времето става пространство и се случват различни други странни неща. Няма нищо повече (вероятно) ...