Интересное о космосе: теория Большого взрыва и количество атомов во Вселенной. Сколько во Вселенной элементарных частиц

Ученый-физик Тони Падилла при помощи достаточно простых расчетов определил количество элементарных частиц, которые существуют в пределах видимой Вселенной.

Фанатичные математики, которые стремятся подсчитать все на свете, давно пытались ответить на вопрос: сколько во Вселенной частиц? Если принимать во внимание тот факт, что на головке булавке может легко поместиться порядка пяти триллионов атомов водорода, и при этом у каждого из них имеется четыре элементарных частицы (3 кварка и 1 электрон), в таком случае можно предположить, что в пределах наблюдаемой Вселенной количество элементарных частиц превышает любые человеческие представления.

Впрочем, профессору физики Тони Падилле из Ноттингемского университета удалось разработать определенную методику оценки общего числа частиц, имеющихся во Вселенной. Он не принимал в расчет нейтрино или фотоны, по той причине, что они практически лишены массы.

В своих расчетах ученый применил полученные при помощи телескопа Планка данные, использовавшиеся ранее для измерения реликтового излучения, которое принято считать самым старым из всего видимого излучения в пределах видимой Вселенной, формируя таким образом ее пределы. Ученым удалось за счет полученных с помощью телескопа данных оценить радиус и плотность видимой Вселенной.

Другой необходимой переменной является доля вещества, которое содержится в барионах. Состоят эти частицы из трех кварков. В настоящее время самыми известными барионами являются нейтроны и протоны, поэтому в своих расчетах Падилла использовал именно их. Кроме того, для расчетов необходимы также знания относительно масс нейтрона и протона (они приблизительно совпадают), и только после этого можно начинать вычисления.

Ход действий физика был достаточно прост. Он взял плотность видимой Вселенной, умножил ее на долю плотности только барионов, после чего полученный результат умножил на объем Вселенной. Массу всех барионов во Вселенной, которая получилась в результате вычислений, ученый разделил на массу одного бариона и получил общее количество барионов. Однако целью расчетов были не барионы, а элементарные частицы.

Учеными установлено, что в состав одного бариона входит три кварка. Кроме того, общее количество протонов равно общему количеству электронов, также являющихся элементарными частицами. Более того, астрономами было установлено, что около 75 процентов вещества во Вселенной – это водород, а остальные 25 процентов – это гелий. При расчетах такого масштаба другими элементами, по словам Падиллы, можно пренебречь. Физик рассчитал количество протонов, нейтронов и электронов, а затем умножил число нейтронов и протонов на три – и получил, таким образом, конечный результат – более трех вигинтиллионов (это число с огромным количеством нолей).

В этих расчетах самое интересное заключается в том, что, принимая во внимание масштабы Вселенной, эти частицы не могут заполнять даже большую часть ее общего объема. Таким образом, на один кубический метр Вселенной приходится всего одна элементарная частица.

No related links found



Миллион = 1 000 000 = 10⁶

Наша первая остановка - «миллион» или 10 в 6-й степени. Это большое число, но все-таки оно не поражает воображение настолько, насколько это делают те числа, к которым мы перейдем вскоре. С миллионами чего-либо мы сталкиваемся довольно часто. До миллиона можно даже досчитать, и один весьма необычный человек по имени Джереми Харпер сделал это, транслируя свой трехмесячный счетный марафон в Интернет. Кстати, миллион секунд - это всего-навсего 11,5 дней. Миллиона рублей может не хватить для покупки хорошего автомобиля или скромной квартиры в Санкт-Петербурге. Стопка из миллиона книг, поставленных друг на друга, не выйдет даже за пределы атмосферы Земли. В свою очередь, из миллиона букв можно составить одну, достаточно большую, книгу (например, полная Библия состоит из более чем 2,5 миллионов букв). Миллион горошин поместится в большом мешке, который в принципе можно будет даже приподнять, если вы не боитесь надорваться. Миллион песчинок запросто поместится в пригоршне.

А миллион бактерий будет едва различим невооруженному глазу. Человеческий волос, увеличенный в миллион раз, будет диаметром около 100 метров. Здание в миллион этажей (если бы такое можно было построить) поднялось бы в высоту на 2,5 тысячи километров, - в 4 с лишним раза выше, чем летает телескоп Хаббла и большинство искусственных спутников Земли.

Миллиард = 1 000 000 000 = 10⁹

Всё это достаточно любопытно, но особо не впечатляет. Впрочем, мы только начали свой путь. И наше следующее число - «миллиард» или 10 в 9-й степени. С миллиардами мы встречаемся гораздо реже. Если мы хотим увидеть миллиард чего-либо и при этом не быть раздавленными, то придется брать что-то очень, очень маленькое. Например, молекулы. Конечно, одна молекула невооруженным взглядом не видна (да и не во всякий микроскоп ее можно разглядеть). А вот миллиард молекул, поставленных «плечом к плечу», займут около 30 сантиметров (вообще, молекулы сильно различаются по своим размерам и для примера мы взяли молекулу воды, состоящую, как известно, из двух атомов водорода и одного атома кислорода). Сумму в миллиард долларов еще можно как-то представить. Это цена какого-нибудь суперсовременного боевого самолета или военного авианосца (да, война это очень дорогостоящее мероприятие). Стоимость Большого Адронного Коллайдера - около 10 миллиардов долларов. Головной мозг человека состоит из 100 миллиардов нейронов.

И столько же, но только людей, жило на нашей планете за всю ее историю. Теперь давайте посмотрим наверх. Если разделить расстояние от Земли до Луны на миллиард, то получится примерно 40 сантиметров. А если на тот же миллиард разделить расстояние от Земли до Солнца, то получится уже 150 метров, а это большой такой небоскреб высотой почти в половину Эйфелевой башни. Сама Земля, уменьшенная в миллиард раз, станет размером с виноградину, - и, кстати, тогда она превратится в черную дыру. Космические аппараты «Вояджер», запущенные в 1977 году, пролетели почти по 20 миллиардов километров каждый. Космос по-настоящему огромен, и мы еще ощутим это в полной мере, когда перейдем к числам гораздо большим. А что насчет времени? Миллиард секунд - это 31,7 года, целое поколение. Если увеличить атом водорода в миллиард раз, то его диаметр составит целых 10 сантиметров, хотя его ядро даже при таком увеличении все равно не разглядишь. В этом масштабе мельчайшие вирусы будут гигантами размером в несколько десятков, а то и сотен метров. И даже молекула ДНК будет шириной в целых 3 метра.

Триллион = 1 000 000 000 000 = 10¹²

Наш третий гость - «триллион» или 10 в 12-й степени. И чтобы представить его наглядно, уже придется потрудиться. Например, что может стоить триллион долларов? По некоторым подсчетам, это цена экспедиции на Марс. А как вы думаете, сколько всего наличных денег на планете Земля? Около 4 триллионов долларов. Забавно, что государственный долг США почти в 5 раз больше. А если сложить вообще всё то, что можно купить сегодня за деньги, то это будет стоить почти 100 триллионов долларов.

Общая масса воздуха, который вдыхают все люди на нашей планете за 1 год, составляет около 6 триллионов килограмм. В океанах нашей планеты обитает около триллиона рыб. Триллион секунд, как вы наверняка уже догадались, это в тысячу раз дольше, чем миллиард, - то есть 31 с лишним тысяча лет. Примерно столько времени назад вымерли неандертальцы. Но это секунды. А вот через триллион лет случится нечто гораздо более интересное - в галактиках прекратят образовываться новые звезды. Триллион километров - такое расстояние свет в вакууме проходит чуть больше чем за месяц. А 42 триллиона километров - это расстояние до ближайшей к нам звезды (Проксимы Центавра). Если мы возьмем триллион бактерий (допустим, у нас как-то получится их собрать всех вместе), то они займут объем одного кубика сахара. Примерно столько бактерий содержится на теле человека. А число клеток в нем - несколько десятков триллионов. Во всех когда-либо отпечатанных книгах за всю историю книгопечатания около 100 триллионов букв. Вообще, кажется, что триллион это очень много. Но попробуем взять что-нибудь по-настоящему маленькое, - например атом. Горстку из триллиона атомов даже не увидеть невооруженным взглядом, вот насколько они малы. Давайте лучше увеличим что-нибудь в триллион раз. Например, электрон. Он будет размером с горошину. А вот кварки, увеличенные в триллион раз, все еще не будут видны. Кстати, вы же понимаете, что взять триллион штук чего-либо это совсем не то же самое, что увеличить это что-то в триллион раз?

Квадриллион = 1 000 000 000 000 000 = 10¹⁵

Четвертое число - «квадриллион» или 10 в 15-й степени. Это название уже не на слуху и редко кто пользуется им в обыденной жизни. Например, квадриллион долларов - это сумма неиспользуемая в практическом смысле. Даже не понятно, что может стоить так много. Разве что небольшая гора высотой метров в 200, состоящая из цельного куска платины (если бы такая существовала и если бы мы умудрились продать ее на рынке по текущему курсу). В теле человека (не только на коже, как в предыдущем абзаце) обитает до 1 квадриллиона бактерий, и их общий вес составляет около 2 килограмм. А еще на нашей планете живет примерно квадриллион муравьев (да, их гораздо больше, чем людей, - примерно в 100 тысяч раз).

Если пролететь квадриллион километров (а это примерно 100 световых лет), то можно посетить несколько ближайших к Земле звезд и вернуться обратно. Через 200 квадриллионов секунд Солнце перейдет в стадию красного гиганта. Помните кварки из нашего предыдущего абзаца? Давайте увеличим их в квадриллион раз. Размер самых больших из них будет равен примерно 1 миллиметру, а самые маленькие (так называемые «истинные» кварки) все еще не будут видны. И нейтрино, кстати, тоже видны не будут, хотя об их размерах мы можем судить только весьма приблизительно. А еще самые мощные современные компьютеры выдают несколько десятков квадриллионов операций в секунду (петафлопсов).

Квинтиллион = 1 000 000 000 000 000 000 = 10¹⁸

Наш пятый гость - «квинтиллион» или 10 в 18-й степени. Он в тысячу раз больше квадриллиона. Квинтиллион километров - это примерный диаметр нашей галактики, которая называется Млечный Путь. До нашей соседки - галактики Андромеды - 25 квинтиллионов (и, кстати, это расстояние сокращается на 300 километров каждую секунду, потому что мы сближаемся именно с такой скоростью). Квинтиллион секунд - это время в 2 раза большее, чем то, которое прошло от Большого Взрыва и до сегодняшнего момента. Для того чтобы вычерпать все мировые океаны, достаточно 5-6 квинтиллионов стаканов. А если мы возьмем квинтиллион молекул чернил, то сможем написать ими какое-нибудь одно, не очень большое, слово. 25-30 квинтиллионов молекул содержится в 1 куб.см воздуха при нормальной температуре и давлении (в основном, это молекулы азота – 78% и кислорода – 21%). Масса всей атмосферы Земли - около 5 квинтиллионов килограмм. Число возможных комбинаций кубика Рубика - 43 квинтиллиона с лишним. Для размещения квинтиллиона бактерий нам потребуется достаточно большая бочка, впрочем всего одна. Компьютер с производительностью квинтиллион операций в секунду должен появиться через пару лет. И наконец, если мы хотим кинуть монету таким образом, чтобы она упала на ребро 5 раз подряд, то в среднем нам придется сделать для этого около 8 квинтиллионов попыток (хотя, конечно, это сильно зависит от того, что это за монета и как именно мы ее кидаем).

Секстиллион = 1 000 000 000 000 000 000 000 = 10²¹

Двигаемся дальше. «Секстиллион» или 10 в 21-й степени. Столько атомов содержится в небольшом шарике из алюминия, диаметром в пару миллиметров.

За один вдох мы захватываем около 10 секстиллионов молекул воздуха (причем среди них почти наверняка будут несколько молекул, которые были выдохнуты какой-нибудь выдающейся исторической личностью, например Элвисом Пресли). Вес гидросферы Земли – полтора секстиллиона килограмм, а Луны около 70 секстиллионов. Увеличив в секстиллион раз нейтрино, мы наконец-то сможем его разглядеть, хотя он будет совсем крошечным даже при таком фантастическом приближении. Количество песчинок на всех пляжах Земли - несколько секстиллионов, хотя это сильно зависит от того, как и что именно мы считаем. При этом, звезд во Вселенной даже еще больше (об этом чуть ниже). А размер видимой ее части - примерно 130 секстиллионов километров. Разумеется, такие расстояния никто в километрах не меряет, а использует для этого куда более подходящие световые годы и парсеки.

Септиллион = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 = 10²⁴

Наш следующий на очереди гигант это «септиллион» или 10 в 24-й степени. Находить примеры из жизни становится всё труднее. 6 септиллионов килограмм весит наша Земля. Количество звезд в обозримой Вселенной - септиллион или совсем немного меньше.

Знаменитое число Авогадро, обозначающее количество молекул в одном моле вещества, составляет почти септиллион (более точное значение: 6 на 10²³ степени). 10 септиллионов молекул воды поместится в одном стакане. А если выложить в ряд 50 септиллионов маковых зерен, то такая цепочка протянется до Туманности Андромеды.

Октиллион = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 = 10²⁷

10 в 27-й степени это «октиллион». Октиллион горошин займут такой же объем как планета Земля. Еще это число интересно тем, что если взять 5-10 октиллионов атомов, то из них можно составить человеческое тело.

Нониллион = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 = 10³⁰

И, наконец, 10 в 30-й степени - это «нониллион». Приходится обращаться к примерам из чистой фантастики. Нониллион долларов стоили бы 5 планет размером с Землю, если бы они состояли из чистой платины. Для того, чтобы разглядеть невооруженным взглядом базовые составляющие материи (предполагается, что это одномерные квантовые струны), их придется увеличить в 100 нониллионов раз. Достаточно сказать, что толщина человеческого волоса при таком увеличении превысит размеры обозримой Вселенной. Масса Солнца - 2 нониллиона килограмм, а всей Солнечной системы лишь ненамного больше.

Время жизни протона – минимум нониллион лет (а скорее всего, намного больше). В 1 килограмме вещества примерно 1 нониллион электронов. А из нониллиона молекул можно составить целого слона.

10 в 33-й степени называется дециллион, но дальше мы обойдемся уже без обозначений. Масса Галактики – 2 на 10⁴¹ килограмм. Число возможных комбинаций в колоде из 36 карт – 3.72 на 10⁴¹, а позиций в шахматах – 4.6 на 10⁴². Энергия взрыва сверхновой звезды – 10⁴² джоуля. Количество молекул воздуха на Земле – 10⁴⁴, а количество атомов, составляющих всю нашу планету, – 10⁵⁰. Масса всей Вселенной – 1.7 на 10⁵³ килограмм. Типичный белый карлик состоит из 10⁵⁷ частиц. Если поделить самое большое из реально существующих расстояний (радиус Вселенной) на самое малое (длину Планка), то получится 4.6 на 10⁶¹. 10⁶⁶ лет – время испарения черной дыры с массой Солнца. Число атомов в Галактике – 10⁶⁷, а во всей Вселенной – 10⁷⁷. При этом, элементарных частиц во Вселенной – 10⁸⁰, а число фотонов и того больше, – 10⁹⁰. Число 10¹⁰⁰ имеет красивое название «Гугол». Через Гугол лет испарятся последние черные дыры и наша Вселенная погрузится во тьму (наверное). Количество неповторяющихся шахматных партий (так называемое Число Шеннона) равно минимум 10¹¹⁸.

Если набить всю обозримую Вселенную «под завязку» протонами, то их в нее поместится около 10¹²². А если взять для той же самой цели самый малый из известных науке объемов (планковский объем), то получится 10¹⁸⁵. Поистине ошеломляюще. Наверное, здесь заканчивается теоретическая физика и начинается чистая математика - царица всех наук.

Да, есть числа и гораздо большие, но они уже не имеют применения в реальном мире. Одним из самых больших чисел (а до недавнего времени - самым большим) из тех, которые использовались в доказательствах теорем, является число Грэма, введенное математиком Рональдом Грэмом. Оно настолько велико, что для его обозначения пришлось использовать совершенно новую нотацию, то есть систему записи чисел. Единственное, что можно сказать о числе Грэма, так это то, что каким бы вы его не представили, на самом деле оно гораздо, гораздо больше. Заканчивается оно на 387, а вот с какой цифры начинается, не знает никто и не узнает, судя по всему, никогда.

Поскольку в данном тексте я обращался к очень большим числам, то наверняка допускал неточности, хотя и старался по возможности их не делать, проверяя то, что пишу, во внушающих доверие источниках. Конечно, если мы говорим, например, о квинтиллионе частиц, то ошибка в 10 раз будет почти незаметна (10¹⁸ и 10¹⁹ на глаз различаются не слишком сильно). Если же вы считаете, что где-то я допустил более грубую ошибку, то пожалуйста напишите об этом.

Одна интересная теория гласит, что кроме нашей Вселенной существует еще 10 500 миров. Для написания такого числа обычным способом нужно 500 нулей. Чтобы представить себе, много это или мало, достаточно сказать, что количество атомов во всех звездах, галактиках и планетах нашей Вселенной можно записать числом, которое потребует не больше 100 нулей. Всего-то!

Еще недавно наша Вселенная представлялась нам бесконечной, а теперь она оказалась даже не песчинкой, и даже не атомом, а чем-то еще меньшим среди взаимодействий грандиозных миров. И все эти потрясающие воображение сферы влияют на нас. Мы связаны с мирами других измерений, как сообщающиеся сосуды.

Советский Союз в 20 веке дал миру много выдающихся ученых в области физики. Но в Советском Союзе главенствующей идеологией был атеизм. Это означало, что упоминание о боге сразу ставило крест на любой карьере. Поэтому советским физикам было запрещено задавать вопрос: «А что было до Большого Взрыва, от которого произошла Вселенная?». Сама теория Большого Взрыва была признана и доказана. Но вопрос «Что было до Большого взрыва?» автоматически приводил к первоисточнику, очень напоминающему бога. Ведь даже у самого первого Взрыва тоже должна быть своя Причина.

А сегодняшние знания в науке уже вынуждают ученых выдвигать гипотезы, где учитывается и то, что было «до взрыва», и что существует «за пределами материи». Посмотрите, какими терминами сегодня оперируют физики (я выбрал только самые понятные): «черные дыры», «виртуальные частицы», «невидимая материя», «стрела времени», «схлопывание материального мира из вероятностного состояния», «наблюдатель творит вселенную наблюдением», «суперструны как свернутые измерения многомерного мира».

Интересна теория суперструн , где вместо самой маленькой элементарной частицы началом материи выступает вибрирующая струна, объединяющая в себе свойства волны и частицы. Сегодня теория суперструн, претендующая на новую теорию всего, утверждает, что все вещество Вселенной возникает посредством струн. Струну еще нельзя назвать материальным объектом, это некая вибрация, посредник между материей и Ничто. В некоторых моделях мироздания длина струны может достигать размера Вселенной, а толщина – в миллионы раз меньше размера электрона. Для сравнения, электрон меньше пылинки во столько раз, во сколько раз пылинка меньше галактики. При этом в струне заключен такой потенциал энергии, что один ее метр весит два миллиона масс планеты Земля.

Кто играет на суперструнах? Мы и играем! Собственным сознанием! Суперструны – не результат фантазии или философских размышлений. Этот мир не может быть описан произвольно. В этой поражающей воображение фантастической модели соблюдены все условия самопоследовательности, то есть все выводы увязаны не только через логические последствия, но и через математические уравнения. В данной модели согласованы все до сих пор открытые законы природы и наблюдаемые в экспериментах явления. Эта самопоследовательность вынудила прийти к выводу о том, что существует многомерная Вселенная, включающая несколько измерений, увязанных через струну. Что наш мир – проекция структур более высокой размерности. Пришлось сделать и другие выводы, противоречащие классическому пониманию, а именно признать существование антимиров, где время течет вспять, а также признать и возможность мгновенной передачи информации.

По законам материального мира максимально возможной скоростью передачи информации является скорость распространения света, а именно 300 тысяч километров в секунду. Думаете, это быстро? Для Земли да, а для Вселенной это очень маленькая скорость. До ближайшей к нам звезды свет должен лететь несколько лет. А до некоторых звезд свету потребуется лететь миллиарды лет.

Передать информацию быстрее скорости света невозможно. Представьте, что вы находитесь в центре Вселенной и вам нужно получить информацию о том, что происходит на ее краю. Размер наблюдаемой части Вселенной 40 миллиардов световых лет, следовательно, от нас до ее края 20 миллиардов. Вы посылаете сигнал, а затем ждете ответа.

Свету потребуется на весь путь до края Вселенной и обратно 40 миллиардов лет. Долго. А вот что говорит парадокс Эйнштейна – Подольского – Розена (ЭПР): любые изменения в какой-то одной подсистеме в тот же самый момент времени сказываются на всех остальных частях системы, независимо от расстояния. Он подтверждается экспериментами. Тогда налицо мгновенная передача информации.

Допустим, информацию из какой-то точки мы получаем мгновенно, из нескольких точек – мгновенно, из всех точек пространства, независимо от расстояния, – мгновенно. Следовательно, практически мы находимся в одной точке. Следуя такой логике, приходим к понятию сингулярности – состояния, где Вселенная одновременно является бесконечно большим пространством и точкой.

Понятие сингулярности в одном из буддистских трактатов описывается так: «Будучи маленьким колесиком Вселенной, я наблюдаю, как вращаются все остальные колесики, являясь всеми ими». «Движение ангелов может быть непрерывным и, если угодно, прерывным. Ангел может быть в один момент в одном месте, а в другой момент – в другом, без всякого промежутка времени» (Фома Аквинский).

Есть и другие следствия, которые выходят из возможности мгновенной передачи информации. Некоторые звезды находятся от нас на огромных расстояниях, свет от них доходит до нас миллионы и миллиарды лет. Мы наблюдаем их такими, какими они были миллионы лет назад. Обладая способностью к мгновенной передаче сигнала, можно узнать, что происходит со звездой сейчас или, перехватив свет в пути и вернувшись с прочитанным сигналом обратно, узнаем, что мы увидим через сто, двести или тысячу лет. А если догнать и прочитать световой сигнал, прошедший мимо нас и улетевший дальше, то мы узнаем прошлое, информацию о котором он несет. Таким образом, мы можем одновременно знать прошлое и будущее или наблюдать все события одновременно. Прошлое, настоящее и будущее уже существуют здесь и сейчас.

И мы можем влиять на прошлое. Вот что удивительно. А катарсис психотравмирующих эпизодов детства и предыдущих жизней, разве это не влияние на прошлое?

С мистическим пониманием мира согласуется и еще одна бурно развивающаяся наука – синергетика. Синергетика описывает процессы в бесконечно сложных системах. Выводы и математический аппарат синергетики ныне находят применение во всех областях жизни: биологии, социологии, экономике, космологии, искусстве.

Картину мира, предложенную синергетикой, можно описать примерно следующим образом. Вселенная – это вечно переливающиеся энергии разного уровня плотности, переходящие из одного состояния в другое. В одних аспектах Вселенная переживает созидание, в других – разрушение. В одних – противостояние, в других – гармонию, в одних – переход из более плотного в более легкое, в других – из более легкого в более плотное. Где-то идет зарождение, где-то развитие, где-то застой, где-то умирание. В одних временных отрезках и точках пространства Вселенная находится в состоянии хаоса, в других – в состоянии упорядоченности. И всюду происходит переход одного в другое. Мир – это компромисс порядка и хаоса, закономерности и случая.

Для понимания структуры и эволюции Вселенной очень важен вопрос о химическом составе вещества во Вселенной.

Как известно, всякое вещество состоит из атомов. В естественном виде на Земле встречается около 90 разных видов атомов; кроме того, несколько новых видов атомов получено искусственно. Вещество, образованное атомами только одного какого-нибудь вида, называется элементом. Атомы большинства элементов способны объединяться друг с другом или с атомами других элементов, образуя молекулы; конкретные законы такого объединения являются предметом изучения химии. Любое вещественное образование - от самого твердого (алмаза) до газообразного, от органических соединений тела человека до отдаленнейших галактик - представляет собой различные комбинации тех же основных элементов.

Простейший элемент - водород. Его атом состоит всего из двух частиц - электрона и протона. Следующий простейший элемент - гелий, каждый атом которого содержит шесть частиц: два протона и два нейтрона, расположенные в центре, образуют ядро, а два электрона, связанные с ядром электрическим притяжением, вращаются вокруг него по орбитам. Основные различия между атомами обусловлены разным количеством протонов в их ядрах. Сейчас известны все атомы, ядра которых содержат от 1 до 92 протонов. Самым сложным из существующих в природе элементов является уран; ядро его атома включает 92 протона и около 140 нейтронов, а вокруг него обращаются 92 электрона. Элементы, имеющие в ядре более 92 протонов и полученные искусственным путем (например, нептуний и плутоний), неустойчивы (радиоактивны) и довольно быстро распадаются. Поэтому они не были найдены на Земле в естественном виде.

При спектроскопическом исследовании астрономических объектов во всей доступной нам Вселенной обнаруживаются одни и те же элементы *. Однако относительная распространенность элементов, присущих Земле, не характерна для других частей Вселенной. Так, около 90% всех атомов во Вселенной - атомы водорода; остальные - главным образом атомы гелия. Более тяжелые атомы, которые обычны для нашей планеты Земля, составляют во Вселенной лишь ничтожно малую часть. Ясно, что Земля сформировалась в особенных условиях, не характерных для среднестатистического распространения элементов во Вселенной, что вначале во Вселенной не было сложных атомов, но впоследствии образовался какой-то способ синтеза сложных элементов из более легких и простых. Когда и как образовалась такая «фабрика» химических элементов - одна из центральных проблем современного естествознания, лежащая на «стыке» астрономии, химии и физики.

* Гелий был открыт на Солнце (об этом говорит его название), причем ранее, чем на Земле.

Звезды

Звезда - газовый шар

Звезды - далекие солнца. Звезды - это огромные раскаленные солнца, но столь удаленные от нас по сравнению с планетами Солнечной системы, что, хотя они сияют в миллионы раз ярче, их cвет кажется нам относительно тусклым.

При взгляде на ясное ночное небо вспоминаются строки М.В. Ломоносова:

Открылась бездна, звезд полна,

Звездам числа нет, бездне - дна.

В ночном небе невооруженным газом можно видеть около 6000 звезд. С уменьшением блеска звезд число их растет, и даже простой их счет становится затруднительным. «Поштучно» сосчитаны и занесены в астрономические каталоги все звезды ярче 11-й звездной величины. Их около миллиона. А всего нашему наблюдению доступно около двух миллиардов звезд. Общее количество звезд во Вселенной оценивается в 10 22 .

Различны размеры звезд, их строение, химический состав, масса, температура, светимость и др. Самые большие звезды (сверхгиганты) превосходят размер Солнца в десятки и сотни раз. Звезды-карлики имеют размеры Земли и меньше. Предельная масса звезд равна примерно 60 солнечным массам.

Весьма различны и расстояния до звезд. Свет звезд некоторых далеких звездных систем идет до нас сотни миллионов световых лет. Самой близкой к нам звездой можно считать звезду первой величины α- Центавра, не видимую с территории России. Она отстоит от Земли на расстоянии 4 световых лет. Курьерский поезд, идя без остановок со скоростью 100 км/ч, добрался бы до нее через 40 миллионов лет!

В звездах сосредоточена основная масса (98-99%) видимого вещества в известной нам части Вселенной. Звезды - мощные источники энергии. В частности, жизнь на Земле обязана своим существованием энергии излучения Солнца. Вещество звезд представляет собой плазму, т.е. находится в ином состоянии, чем вещество в привычных для нас земных условиях. (Плазма - это четвертое (наряду с твердым, жидким, газообразным) состояние вещества, представляющее собой ионизированный газ, в котором положительные (ионы) и отрицательные заряды (электроны) в среднем нейтрализуют друг друга.) Поэтому, строго говоря, звезда - это не просто газовый шар, а плазменный шар. На поздних стадиях развития звезды звездное вещество переходит в состояние вырожденного газа (в котором квантово-механическое влияние частиц друг на друга существенным образом сказывается на его физических свойствах - давлении, теплоемкости и др.), а иногда и нейтронного вещества (пульсары - нейтронные звезды, барстеры - источники рентгеновского излучения и др.).

Звезды в космическом пространстве распределены неравномерно. Они образуют звездные системы: кратные звезды (двойные, тройные и т.д.); звездные скопления (от нескольких десятков звезд до миллионов); галактики - грандиозные звездные системы (наша Галактика, например, содержит около 150-200 млрд звезд).

В нашей Галактике звездная плотность также весьма неравномерна. Выше всего она в области галактического ядра. Здесь она в 20 тыс. раз выше, чем средняя звездная плотность в окрестностях Солнца.

Большинство звезд находится в стационарном состоянии, т.е. не наблюдается изменений их физических характеристик. Это отвечает состоянию равновесия. Однако существуют и такие звезды, свойства которых меняются видимым образом. Их называют переменными звездами и нестационарными звездами . Переменность и нестационарность - проявления неустойчивости состояния равновесия звезды. Переменные звезды некоторых типов изменяют свое состояние регулярным или нерегулярным образом. Следует отметить также и новые звезды , в которых непрерывно или время от времени происходят вспышки. При вспышках (взрывах) сверхновых звезд вещество звезд в некоторых случаях может быть полностью рассеяно в пространстве.

Высокая светимость звезд, поддерживаемая в течение длительного времени, свидетельствует о выделении в них огромных количеств энергии. Современная физика указывает на два возможных источника энергии - гравитационное сжатие , приводящее к выделению гравитационной энергии, и термоядерные реакции , в результате которых из ядер легких элементов синтезируются ядра более тяжелых элементов и выделяется большое количество энергии.

Как показывают расчеты, энергии гравитационного сжатия было бы достаточно для поддержания светимости Солнца в течение всего лишь 30 млн лет. Но из геологических и других данных следует, что светимость Солнца оставалась примерно постоянной в течение миллиардов лет. Гравитационное сжатие может служить источником энергии лишь для очень молодых звезд. С другой стороны, термоядерные реакции протекают с достаточной скоростью лишь при температурах, в тысячи раз превышающих температуру поверхности звезд. Так, для Солнца температура, при которой термоядерные реакции могут выделять необходимое количество энергии, составляет, по различным расчетам, от 12 до 15 млн К. Такая колоссальная температура достигается в результате гравитационного сжатия, которое и «зажигает» термоядерную реакцию. Таким образом, в настоящее время наше Солнце является медленно горящей водородной бомбой.

Предполагается, что у некоторых (но вряд ли у большинства) звезд есть собственные планетные системы, аналогичные нашей Солнечной системе.