Чарівний мікросвіт 20 заворожливих фактів про неймовірно маленькі об’єкти
Пропонуємо вам здійснити подорож до мікросвіту - світ малих об'єктів. Настільки малих, що серед усіх тих, які ми розглянемо, піщинка буде найбільшою.
1. Але почнемо ми з іншого боку. Перш ніж вирушити в подорож до глибин матерії, звернімо свій погляд вгору. Наприклад, відомо, що до Місяця в середньому майже 400 тисяч кілометрів, до Сонця — 150 мільйонів, до Плутона (якого вже не видно без телескопа) — 6 мільярдів, до найближчої зірки Проксіми Центавра — 40 трильйонів, до найближчої галактики туманності Андромеди. 25 квінтильйонів, і нарешті до околиць найближчого Всесвіту — 130 секстильйонів. Вражаюче звичайно, але різниця між усіма цими «квадрі-», «квінті-» та «сексті-» не здається настільки вже величезною, хоча вони й різняться між собою в тисячу разів. Зовсім інша річ мікросвіт. Хіба в ньому може бути приховано так багато цікавого, адже йому просто ніде там поміститися. Так каже нам здоровий глузд і помиляється.
2. Якщо на одному кінці логарифмічної шкали відкласти найменшу відому відстань у Всесвіті, а на іншому — найбільшу, то посередині виявиться... піщинка. Її діаметр – 0.1 мм.
3. Якщо покласти в ряд 400 млрд піщинок, їх ряд обігне всю земну кулю за екватором. А якщо зібрати ці ж 400 млрд у мішок, важитиме він близько тонни.
4. Товщина людського волосся - 50-70 мікронам, тобто їх 15-20 штук на міліметр. Для того щоб викласти ними відстань до Місяця, потрібно 8 трильйонів волосся (якщо складати його не за довжиною, а по ширині, звичайно). Оскільки на голові в однієї людини їх близько 100 тисяч, то якщо зібрати волосся у всьогонаселення України, до Місяця вистачить з лишком і навіть ще залишиться.
5. Розмір бактерій - від 0.5 до 5 мікрон. Якщо збільшити середню бактерію до такого розміру, що вона зручно ляже нам у долоню (в 100 тисяч разів), товщина волосся буде рівною 5 метрам.
6. До речі, всередині людського тіла мешкає цілий квадрильйон бактерій, а їхня загальна вага становить 2 кілограми. Їх, власне, навіть більше, ніж клітини самого тіла. Так що цілком можна сказати, що людина – це просто такий організм, що складається з бактерій та вірусів із невеликими вкрапленнями чогось ще.
8. Середня довжина найпоширеніших різновидів вірусів - 100 нанометрів або 10^(-7) ступеня метра. Якщо ми знову виконаємо операцію наближення таким чином, щоб вірус став розміром із долоню, то довжина бактерії буде 1 метр, а товщина волосся – 50 метрів.
9. Довжина хвилі видимого світла - 400-750 нанометрів, і побачити об'єкти менше цієї величини просто неможливо. Спробувавши висвітлити такий об'єкт, хвиля просто обігне його і не позначиться.
10. Іноді запитують, як виглядає атом чи якого він кольору. Насправді атом не виглядає ніяк. Просто взагалі аж ніяк. І не тому, що у нас недостатньо хороші мікроскопи, а тому що розміри атома менші за відстань, для якої існує саме поняття «видимості»…
11. Уздовж кола земної кулі можна щільно розмістити 400 трильйонів вірусів. Багато. Така відстань за кілометри світло проходить за 40 років. Але якщо зібрати їх усіх разом, вони легко помістяться на кінчику пальця.
12. Приблизний розмір молекули води - 3 на 10 ^ (-10) метра. У склянці води таких молекул 10септільйонів – приблизно стільки міліметрів від нас до Галактики Андромеди. А в кубічному сантиметрі повітря молекул 30 квінтильйонів (в основному азоту та кисню).
13. Діаметр атома вуглецю (основи всього життя Землі) — 3.5 на 10^(-10) метра, тобто трохи більше, ніж молекули води. Атом водню в 10 разів менше - 3 на 10 (11) метра. Це, звісно, мало. Але наскільки мало? Вражаючий уяву факт у тому, що дрібна, ледь помітна крупинка солі складається з 1 квінтильйону атомів.
Давайте звернемося до нашого стандартного масштабу і наблизим атом водню так, щоб він зручно ліг у руку. Віруси тоді будуть 300-метрового розміру, бактерії 3-кілометрового, а товщина волосу дорівнюватиме 150 кілометрам, і навіть у лежачому стані він вийде за межі атмосфери (а в довжину може дістати і до Місяця).
14. Так званий «класичний» діаметр електрона - 5.5 фемтометрів або 5.5 на 10 ^ (-15) метра. Розміри протона та нейтрону ще менші і становлять близько 1.5 фемтометрів. Протонів за метр приблизно стільки ж, скільки мурах на планеті Земля. Використовуємо вже звичне для нас збільшення. Протон зручно лежить у нас у долоні, і тоді розмір середнього вірусу виявиться рівним 7 000 кілометрам (майже як вся Україна із заходу на схід, між іншим), а товщина волосся у 2 рази перевищить розміри Сонця.
15. Про розміри складно сказати щось певне. Передбачається, що вони знаходяться десь у межах 10 (19) - 10 (18) метра. Найменший - справжній кварк - "діаметром" (давайте для нагадування про вищесказане писатимемо це слово в лапках) 10^(-22) метра.
16. Є ще така штука як нейтрино. Подивіться на свою долоню. Через неї щомитіпролітає трильйон нейтрино, випущених Сонцем. І можете не ховати руку за спину. Нейтрино легко 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 менша за справжній кварок, або в мільярд разів менша за протон, або в 10 септиліонів разів менша за тиранозавр. Майже в стільки ж разів сам тиранозавр менший за весь доступний для огляду Всесвіт. Якщо збільшити нейтрино так, щоб він був розміром з апельсин, то навіть протон буде в 10 разів більший за Землю.
17. А зараз я щиро сподіваюся, що вас мусить вразити одна з двох нижченаведених речей. Перша – ми можемо просунутися ще далі (і навіть зробити якісь осмислені припущення про те, що там буде). Друга — але при цьому рухатися вглиб матерії нескінченно таки не можна, і незабаром ми уткнемося в глухий кут. Ось тільки для досягнення цих «тупикових» розмірів нам доведеться опуститися ще на 11 порядків, якщо рахувати від нейтрино. Тобто ці розміри менші за нейтрино в 100 мільярдів разів. У стільки ж разів піщинка менша за всю нашу планету, до речі.
18. Отже, на розмірах 10^(-35) метра на нас чекає таке чудове поняття, як планківська довжина, — мінімальна відстань із можливих у реальному світі (наскільки це прийнято вважати в сучасній науці).
19. Ще тут мешкають квантові струни — об'єкти дуже примітні з будь-якої точки зору (наприклад, вони одномірні, — у них немає товщини), але для нашої теми важливо, що їхня довжина теж знаходиться в межах 10^( -35) Метра. Давайте проробимо наш стандартний «збільшувальний» експеримент востаннє. Квантова струна стає зручного розміру, і ми тримаємо її в руці яколівець. При цьому нейтрино буде в 7 разів більше за Сонце, а атом водню в 300 разів перевищить розміри Чумацького Шляху.
20. Нарешті ми підійшли до самої структури світобудови - масштабу, на якому простір стає схожим на час, час на простір, і відбуваються різні інші химерні штуки. Далі вже нічого немає (напевно).