МІКРО-, МАКРО- і МЕГАСВІТИ

Як далеко може бачити людина? На 100 метрів? На 1 кілометр?

Чи може людина бачити об’єкти, віддалені на мільярди кілометрів?

Які найбільші й найменші об’єкти може дослідити людина?

ВИ НАВЧИТЕСЯ

Класифікувати об’єкти, що належать до мікро-, макро- й мегасвітів; рівні організації живої природи.

Описувати особливості досліджень об’єктів мікро-, макро- й мегасвітів.

Порівнювати об’єкти мікро-, макро- й мегасвітів за розмірами та масами.

Усвідомлювати єдність різноманіття об’єктів природи.

Оцінювати значення науки в пізнанні світу; масштаби Всесвіту.

ВІД МЕГА- ДО МІКРО

Пригадуєте Алісу з Країни Чудес? «Що за чудеса! — вигукнула Аліса. — Я складаюсь, наче далекоглядна труба!». Щоб побачити, що відбувається за маленькими дверцятами, Аліса випила чарівну рідину й зменшилася.

А ми, навпаки, подумки збільшуватимемо або зменшуватимемо простір, щоб побачити, що діється в мікро- й мегакосмосі!

Для наочності візьмемо сферу радіусом 10 см. Таким є, наприклад, розмір яблука. І почнемо поетапно збільшувати, а потім зменшувати її в мільярд (1 000 000 000 = 1 · 10⁹) разів.

Якщо порахувати, то

1 св. р. = 300 000 км/с · 3600 с · 24 год · 365,25 діб = 9 467 280 000 000 км = 10¹³ км.

Відповідно: світлова секунда — відстань, яку проходить світло за 1 секунду,

1 світлова секунда = 300 000 км;

світлова хвилина — відстань, яку проходить світло за 1 хвилину,

1 світлова хвилина = 18 000 000 км.

Можете порахувати, яку відстань світло проходить за добу, 10 діб, місяць, півроку, 10 років, 100 років, 1000 років тощо.

Обчисліть, за який проміжок часу досягає Землі світло Сонця, якщо відстань між Сонцем і Землею — 149 600 000 км.

Збільшивши сферу радіусом 10 см у мільярд разів, ми отримаємо сферу радіусом 100 000 км. Із чим можна порівняти таку відстань? Вона становить близько чверті відстані від Землі до Місяця. Усе, що має розміри такого порядку, належить до макросвіту.

Зробивши збільшення вже цієї сфери в мільярд разів, ми дістанемо сферу радіусом 10¹⁴ км. Це вже астрономічні розміри. В астрономії для зручності вимірювання відстаней використовують світловий рік — позасистемну одиницю довжини, що дорівнює відстані, яку долає світло за рік.

Отже, радіус утвореної цього разу сфери становитиме 10 св. років. Цей радіус більший за відстань від Землі до Сонця в 700 разів! Відстань до найближчої до нас зорі Проксима Центавра дорівнює приблизно 4 св. роки. Тобто радіус гіпотетично утвореної сфери у 2,5 раза перевищує відстань до найближчої зорі.

Звісно ж, відстань у 10 св. років належить уже до мегасвіту. Проте це ближній і досить добре вивчений нами космос. Ми чимало знаємо про найближчі до нас зорі: достатньо точно виміряно відстані до них та температуру їхньої поверхні. Також визначено їхній склад, розміри та масу. Навколо деяких зір виявлено планети (їх називають екзопланетами, на яких, до речі, учені сподіваються виявити життя!). Ці відомості отримано в результаті вивчення спектрів випромінювання цих зір (докладніше про це ви дізнаєтеся згодом).

Зробивши чергове збільшення в мільярд разів, дістанемо сферу радіусом 10 млрд св. років. Саме на такій відстані від нас перебувають найвіддаленіші об’єкти, які ми можемо спостерігати. Тобто йдеться про сферу, у якій перебувають усі спостережувані нами об’єкти Всесвіту. Зазначимо, що це — дуже яскраві світила, набагато яскравіші за Сонце.

Загальноприйнята гіпотеза стверджує, що ми взагалі не можемо спостерігати об’єкти, віддалені від нас на відстані понад 13 млрд св. років. Цей факт пов’язаний з тим, що наш Всесвіт народився 13 млрд років тому, тож світло від більш віддалених об’єктів ще не дійшло до нас. Тобто ми дісталися меж мегасвіту.

Тепер рухатимемося вглиб мікросвіту. Зменшивши сферу радіусом 10 см у мільярд разів, дістанемо сферу радіусом 10^-8 см = 10^-10 м = 0,1 нм. Виявляється, це характерний для мікросвіту масштаб. Розміри такого порядку мають атоми й молекули простих речовин. Мікросвіт такого масштабу досить добре вивчено (мал. 2.1). Відкрито закони, що описують взаємодії атомів і молекул, якісь принципово нові закони в цьому світі навряд чи відкриють. Мало того, науковці навчилися маніпулювати окремими атомами й молекулами. Ідеться про нанотехнології, які оперують процесами на нанорівні. На відмінну від природних об’єктів мікросвіту, об’єкти наносвіту — штучно створенні людиною наноматеріали.

Мал. 2.1. Об’єкти мікросвіту

Звісно, цей світ не є межею пізнання, адже розміри атомних ядер приблизно в 10 000 разів менші.

Зменшивши сферу радіусом 0,1 нм у мільярд разів, дістанемо сферу радіусом 10^-17 см, або 10^-19 м. Ми фактично досягли меж пізнання. Річ у тім, що порядок величини найдрібніших частинок речовини — електронів та кварків (про них буде далі) — 10^-16 см, тобто трохи більший за отриману сферу. Що міститься всередині електронів та кварків, тобто чи є вони складними частинками, нині невідомо. Можливо, що розмір 10^-17 см уже й не відповідає будь-якій реальній структурній одиниці речовини. Закони руху й структуру матерії в масштабах 10^-15 — 10^-16 см ще не до кінця вивчено. Сучасні експериментальні можливості не дають змоги ще глибше проникнути до мікросвіту.

Вам неодноразово доводилося бачити малюнки, на яких зображено Сонячну систему, будову атома (мал. 2.2). Так от, на цих малюнках неможливо дотриматися реальних масштабів!!!

Мал. 2.2. Схематичні малюнки: а — Сонячної системи; б — будови атома

Щоб спробувати уявити реальні відстані в Сонячній системі, удамося до низки міркувань. Уявімо Землю розміром з горошину. Тоді відстань від Землі до Юпітера становитиме 300 метрів, а відстань до Нептуна — понад два кілометри. Навіть якщо ви зменшите Юпітер до розмірів крапки в кінці цього речення, Нептун усе одно перебуватиме на відстані понад 10 метрів від Землі. А якщо уявити, що ядро атома має розмір кавуна, то електрон, що має розмір горошини, рухатиметься навколо ядра на відстані близько кілометра. Тобто атом на 99,9% складається з порожнечі. А проміжок між атомами в наших масштабах становитиме сотні кілометрів!!!

Мал. 2.3. Параметри мікро-, макро- і мегасвітів

Незважаючи на те, що в мікросвіті, у макросвіті та мегасвіті (мал. 2.3) закони природи проявляються по-різному, є й те, що їх об’єднує. Складниками всіх тіл є ті самі протони, нейтрони й електрони. З частинок неживої природи формується багатий світ живої природи зі своєю структурою, своїми світами та царствами (мал. 2.4).