Количество молекул во вселенной. Сколько во Вселенной элементарных частиц? Что такое Вселенная

В течение 2016 и 2017 годов две страны в мире (США и Россия) довольно активно использовали такое оружие как крылатые ракеты. В том числе при деблокаде Дейр-эз-Зора. В чём особенности использования этого оружия и почему постоянно растёт количество его операторов? Какова его эффективность и каковы шансы ПВО противостоять этому оружию? Об этом и другом хочу рассказать и начну это здесь.

Крылатыми ракетами являются по сути большинство управляемых ракет по военной классификации , поскольку имеют аэродинамические несущие поверхности. Притом к ним, кроме тех что станут темой рассказа, относятся и прочие ракеты от противотанковых до "воздух-воздух" (воздушного боя) и противокорабельных. А поговорим мы конкретно о ракетах для ударов по объектам на поверхности. Притом ракетах, относящихся к оперативно-тактическим (дальность от 150 до 1500 км.) и стратегическим (свыше 1500 км.) и морского и воздушного базирования. Тем более что в силу закрытых для широкой публики характеристик часть из ракет может оказаться не оперативно-тактическими а стратегическими и наоборот... Кстати, ввиду того, что растёт радиус ПВО(что наземной/морской, что и воздушной компоненты) тоже растёт, то и тактические ракеты постоянно смещаются в оперативно-тактические, перешагнув 150 километровый барьер дальности действия, обеспечивая безопасность для носителя при пуске, например в России так произошло с ракетами Х-59 и Х-31.

Что объединяет эти ракеты? Это и относительно небольшая масса боевой части, как правило не более 500 кг.; скорость меньше скорости звука 0,7-0,9 М(число М(Маха) эквивалентно 1224 км/ч или скорость звука у земли в 340 м/секунду); низкий профиль полёта (хотя для дальнобойных ракет может быть и высотный, особенно для тех что запускаются с самолёта-носителя с высоты для увеличения дальности) в 30-100 метров (чем новее тем ниже); проистекающие от низкого профиля полёта сложности для ПВО/ПРО, притом усугубляющиеся модой на "стелс"-ракеты (среди них и Тaurus/Германия и AGM-158 JASSM/США и SCALP/Франция и SOM/Турция и Х-101/Россия или новые версии Х-59).

Вообще умением производить ракеты относящиеся к рассматриваемому сегменту, могут похвастаться таковые страны как Россия, США, Франция/Великобритания (SCALP/Storm Shadow), Германия, КНР, Пакистан, Республика Корея, Тайвань, Иран, Израиль. Более интересное, что в списке может быть больше на пять стран - это Индия (они никак не "допилят" свою многострадальную крылатую ракету Nirbhay, начало создания которой пришлось на 2007 год) но зато, благодаря наглядной демонстрации в Сирии возможностей противокорабельного комплекса "Бастион" можно понять, что они имеют "Брахмос" с аналогичной "бастионовской" ракетой; это Италия; это Норвегия; это Япония и это КНДР. Вопрос конечно в том умеют ли головки самонаведения "Отомат", NSM и севрокорейских и японских ракет находить заданные цели на суше или нет, но если они делали качественно, то вполне должны.

Впрочем особая "прелесть" ситуации в том, что мы как бы подарили Индии целый вид оружия, которым она не располагала и без нас его не было бы. Тем более интересно что же не так с индийской крылатой ракетой если она не хочет летать "куда надо"? Неужели на самом деле они НИЧЕГО тут не могут - ни механическую часть (особенно топливо+системы) ни тебе программное обеспечение? Тогда что от них в "Брахмосе"?! Надпись?! Конечно я понимаю что они по сути скорее дали деньги на нашу гиперзвуковую ракету, но разве станет от этого она индийской?

На самом деле стран могущих использовать рассматриваемый тип крылатых ракет больше - например в Европе они есть ещё и Испании, Финляндии, были заказаны Грецией.

Большинство из крылатых ракет из имеющихся странами мира, если говорить о наименованиях, по типу носителя имеют воздушное базирование, затем идёт морское и замыкает наземное. Последнее популярно у Ирана и КНР (мы уничтожили свой наземный мобильный комплекс по договору с США в 80-ые, хотя, благодаря малым ракетным кораблям типа "Буян" и развитой речной системе сообщения нашли вполне изящное решения для обхода этого соглашения. Но и США скорее тоже - благодаря развёртывания снаряжаемых "Томагавками" установок вертикального пуска для, якобы, ПРО). Но вот если взять по числу произведённых, то тут видно огромное преимущество ракет морской компоненты благодаря флоту США (и возможности двойного использования остальных ПКР, например флота России).

На вооружении у ВМС США уже 4 тысячи "Томагавков"

Авиационная ракета SOM (Турция)

Авиационная ракета Taurus KEPD (Германия).

AGM-158 JASSM (США)

На снимке запуск стратегической ракеты CJ-10 (КНР).

Морская компонента России. Удары с фрегатов летом 2017 года.

Скорее они стационарные. Это капитальные объекты военной и гражданской инфраструктуры. Да, крылатые ракеты могут поразить и мобильные, но всё же не в момент движения, в основном (хотя бы потому что если не отслеживать цель и не давать целеуказание на неё постоянно, то, к примеру, мобильный командный пункт может просто затеряться в городской застройке). Притом задумывались ли вы, камрады, о том насколько хрупок наш современный мир для этой напасти? Ведь на самом деле в каждой стране есть множество объектов, поражение которых приведёт к очень тяжёлому, а то и невосполнимому ущербу. Какие есть у нас гражданские критичные объекты, которые далеко не каждая страна может восстановить только своими силами, особенно в военное время? А представьте что у вас дома вдруг вырубился свет - это как раз ракеты разрушили электроподстанцию или хуже - генератор/турбину на ТЭЦ или ГЭС. Когда свет вновь подадут? А когда кто-то изготовит новую турбину или получит запчасти и отремонтирует эту. Вспомним историю с Siemens и крымскими турбинами! Да даже трансформаторы делают ли для подстанций в нашей стране и много ли где в других странах?

Итак о чём может идти речь:

АЭС(!) (в теории они имеют конструктивную защиту (например от падающих авиалайнеров), но насколько она против ракет? (при удачном попадании Чернобыль/Фукусима));

Нефтеперерабатывающие заводы и склады ГСМ (встаёт транспорт);

Агрегаты ГЭС и ТЭС (встаёт коммуникация, готовка пищи и связь; рушится управление);

Водозаборы (а там зачастую есть хлор который может пойти облаком после удара);

Водоочистные сооружения (представим, что в реки пошёл сброс всего что есть в трубах);

Узлы телекоммуникаций (оптоволокно и прочее) (интернета - нет, связи - тоже, управления нет);

Химические производства (огромные пожары и отравляющие вещества над городами);

Мосты (нарушение сообщения);

Газопроводы и нефтепроводы и их узлы, например подземные газохранилища (те кто думал что он без электричества на газе проживёт ошиблись);

Заводы по производству станков, оружия и критично важного оборудования (чтобы лишить возможности обороняться сейчас и в дальнейшем и восстанавливать порушенное самостоятельно - это нам не середина 20 века без станков с ЧПУ и прочим);

Дата-центры (извлеки потом данные, даже если генераторы притащишь!);

Шлюзы и водосбросы гидротехнических сооружений (создание затоплений);

И это неполный список того что разрушив можно вогнать любую страну в средневековье. А решить проблемы созданные разрушением вышеперечисленного может быть даже не по силам остаткам национальной экономики. Особенно при блокаде внешних поставок. Нечто подобное уже было в 1999 году в Югославии, хотя там "до конца" натовцы "не разгулялись". А там, однако досталось ещё к вышепоименованному и больницам и телевидению. А восстановление при "сетевом" поражении объектов может оказаться и невозможно или растянуто на многие годы. Не говоря о том, что в некоторых случаях ракета доставит не пару сотен килограмм взрывчатки, но 200 кТ в тротиловом эквиваленте.

Военных критических объектов тоже хватает:

Пусковые шахты баллистических ракет;

Узлы связи и управления;

Аэродромы и авиатехника на стоянках;

Топливохранилища/топливозаправочные комплексы;

Стационарные радары;

Позиции ПВО (будете смеяться, но далеко не всё ПВО на планете может быть и ПРО одновременно);

Склады (особенно большие склады ракетно-артиллерийского вооружения, которые даже и в мирное то время опасны) ;

Казармы войск (при неожиданном нападении);

Корабли у причалов (тоже при неожиданном нападении);

Стоит упомянуть то, что если удар неожиданный, то средства противодействия от ПВО до РЭБ могут быть в неактивном состоянии. И даже военный корабль у причала может быть застан, что называется "со спущенными штанами".

Есть, конечно, количественное ограничение - всё таки обозначенных объектов у крупной страны ОЧЕНЬ много. Ну а у малой? Например у Югославии, Ирана для США или там Украины или Прибалтики для России (да даже той же Германии или Японии)? Американской или российской мощи вполне хватит на лишение страны-противника не только возможности вести военные действия, но и по сути лишить признаков современной цивилизации создав коллапс экономики работающей на человека.

Притом разработка и совершенствование такого оружия продолжаются. Вот пара сообщений, на эту тему:

Целеуказание как сила и слабость крылатых ракет.
Одной из главных проблем в случае с крылатыми ракетами - дать им точное целеуказание. Вопрос тут в моменте атаки ввиду того, что военные, особенно мобильные объекты могут переместиться с началом боевых действий. Не все - но некоторые однозначно переместятся. А часть может быть прикрыта развёрнутым ПВО. Потому в первую очередь перед атакой беззащитны гражданские объекты и двойного назначения - они переместиться не могут, да и прикрывать их не факт, что смогут. Благодаря доступности спутниковых карт задача для наведения ракет изрядно облегчилась, как и множеству информации в сети интернет о том, где и что расположено.

В случае начала боевых действий возможности нахождения целей падают. Например для стран не располагающих средствами спутниковой разведки и другими НАДЁЖНЫМИ способами (а это, считай, по сути США и Россия и, возможно, КНР). Потому опять же проще поразить известный до войны стратегический объект и не важно военный он будет или напрочь гражданский.

Хотя есть методы противодействия спутниковому наведению - например в России было в 90-ые противодействие властей точному определению координат с помощью GPS. Однако, с тем, что теперь оное определение стоит в каждом смартфоне или даже множестве фотоаппаратов, это невероятно сложно. И, вроде бы, помеха на уровне десятков метров есть и сейчас, что вполне хватит для минимизации ущерба, особенно если метод наведения был использован ОДИН. Был метод противодействия использованный в 2003 году в Ираке, когда давалась помеха на военный сегмент GPS, и ракеты "Томагавк" летели куда угодно, но не в цель. И была информация, что американцы проводили работу над ошибками и теперь нужно придумывать новые методы. Вообще, на современной ракете сейчас может быть до трёх параллельных систем наведения на цель (инерциальная, спутниковая, электронные карты). Не говоря о дополнительной системе поиска цели на конечном участке траектории. Об истории вопроса со стороны США можно прочитать .

И, да, разработка навигационных и прицельных систем для ракет дело скорее сложное, и потому далеко не факт, что крылатые ракеты "новичков" ракетного клуба в этом плане совершенны (смогут точно поражать цели) и/или помехоустойчивы. Хотя бы потому чьей спутниковой системой должны пользоваться те же ракеты Ирана или той же Турции(если таки разругаются с США)?! А были ли испытания на полную дальность у тех же иранцев (для определения величины ошибки при имеющемся способе(или способах) наведения) - неизвестно.

Невероятные факты

Между самым большим числом, до которого вы можете досчитать, и бесконечностью существуют огромные числа, которые непостижимы для человеческого ума: миллиарды, триллионы и так далее.

Вот некоторые преобразования и сравнения, которые помогут вам понять эти огромные величины .

1. Скорость света

Скорость света - это очень важная постоянная величина в физике. В вакууме скорость света достигает 299 792 км в секунду . И это очень быстро, так быстро, что согласно специальной теории относительности ничто во Вселенной не может быть быстрее .

Конечно, в научной фантастике мы можем увидеть такое понятие, как сверхсветовая скорость, то есть гипотетическая технология, которая разгоняет космические корабли сквозь световые годы космоса.

На данный момент ни один объект не может перемещаться со скоростью света, но если бы это было возможно, вы бы могли облететь мир 7,5 раз за одну секунду . Для сведения окружность Земли составляет 40 075 км. Достаточно активный человек, который проходит 7500 шагов в день, обошел бы Землю за 22 года. Таким образом, свет проходит то же расстояние за одну секунду, сколько прошел бы человек за 165 лет.

2. Расстояние до Луны

Обойдите Землю около 10 раз, и вы пройдете расстояние до Луны - в среднем 384 400 км .

Если вы смогли бы сложить лист бумаги пополам 42 раза (рекорд составляет 12 раз), то вы выстроили бумажную башню, которая достигл а бы Луны.

Это кажется невероятным, так как мы привыкли мыслить линейно. Сложение листа бумаги вполовину и еще раз вполовину является примером геометрической прогрессии. Толщина листа составляет в среднем 0,1 мм, увеличивается в два раза при первом сложении до 0,2 мм, и остается небольшой при следующих нескольких сложениях.

Однако при седьмом сложении, бумага становится толщиной с блокнот со 128 страницами, и продолжает расти. Вот, как выглядит бумага, сложенная 11 раз .

Что будет, если сложить лист 103 раза ? Бумага будет толще диаметра всей известной Вселенной.

3. Большой Взрыв

Задумайтесь о возрасте Вселенной. Большой Взрыв и рождение Вселенной произошло примерно 13,8 миллиардов лет назад .

Карл Саган в своем "Космическом календаре" попытался объяснить это огромное число, сжав историю Вселенной в масштабы календарного года . Если представить 13,8-миллиардную историю Вселенной в виде года, то люди появились бы только в последние минуты накануне Нового года, а ваша жизнь продлилась бы меньше одной четверти секунды или пролетела бы в мгновение ока.

4. Звезды в Млечном пути

Даже при идеальных условиях на ночном небе невооружённым глазом видно около 2000-5000 звезд. Астрономы подсчитали, что только 10 000 звезд являются достаточно яркими , чтобы мы могли увидеть их без телескопа, а дневной свет, падающий на половину нашей планеты в любой момент времени затмевает половину неба.

Световое загрязнение, туманный горизонт и индивидуальная чувствительность к свету также приводят к тому, что мы не можем видеть больше нескольких тысяч звезд.

В пределах галактики Млечный путь существует 300 миллиардов звезд . Этого достаточно, чтобы у каждого человека на Земле было по 42 звезды. Но кроме Млечного пути есть, по меньшей мере, 100 миллиардов галактик, в каждой из которых в 5-10 раз больше звезд, чем считалось раннее, что составляет примерно 300 секстиллионов или 3 с 23 нулями.

5. Количество цифр в числе Пи (до сих пор)

Хотя Пи является иррациональным числом с бесконечными десятичными цифрами, наше знание этого числа имеет предел.

Но многие ученые решили принять вызов и открыть больше цифр числа Пи. В 2011 году японский исследователь Сигэру Кондо (Shigeru Kondo) на личном компьютере с помощью программы Александра Йи (Alexander Yee) рассчитал значение числа Пи с точностью до 10 триллионов цифр после запятой .

Программа Йи также была использована, чтобы установить нынешний мировой рекорд - 13,3 триллиона цифр числа Пи . Чтобы вычислить это число, потребовалось 208 дней.

6. Число клеток в теле человека

Долгое время определение числа клеток в теле человека представляло проблему для ученых. Как писал известный научно-популярный писатель Карл Циммер (Carl Zimmer): "Наше тело не заполнено клетками однородно, как банка с конфетами. Клетки бывают разных размеров и растут в разной плотности." Усреднение размеров и объемов клеток приводит к неточностям в расчетах.

В исследовании 2013 года группа европейских ученых преодолела эту проблему, используя новый метод. Они разделили тело человека на различные органы и типы клеток, например, клетки костного мозга и эритроциты.

Исследователи насчитали 37,2 триллиона клеток .

Заметьте, что в исследовании посчитали только количество клеток. На каждом человеке также живет до 100 триллионов микробов , а это значит что в нашем теле больше бактерий, чем клеток.

7. Самое большое целое, которое может хранить 64-разрядный процессор

Это огромное число, начинающееся с 9 квинтиллионов, является самым большим знаковым целым числом, которое может хранить 64-разрядный процессор в современном компьютере. Раньше компьютеры делали с 32-разрядным процессором, который мог хранить данные до 2 147 483 647 или больше 2 миллиардов.

Кажется, что оба процессора могут справиться с большим количеством данных, но 32-разрядного процессора недостаточно, чтобы показывать даты, случившиеся через 2 147 483 647 секунд после 1 января 1970 года. Таким образом, 32-разрядный процессор ждет проблема 2038 года – то есть сбой в программном обеспечении, который произойдет 19 января 2038 года в 3:14:07.

Компьютеры, использующие 64-битную систему, будут показывать даты еще 292 миллиарда лет .

В 2014 году популярное видео "Gangnam Style" сломало счетчик просмотров, когда число просмотров превысило 2 147 487 648 просмотров, из-за чего Google вынужден был обновить счетчик до 64-бит.

8. Число Н 2 O молекул в капле воды

В триллионе 12 нулей, а в секстиллионе – 21. Это число больше секстиллиона: 1,39 x 10^21 – это число молекул Н 2 O в одной капле воды.

Возвращаясь к числу звезд, в нескольких сотнях каплях воды в два раза больше молекул Н 2 O, чем звезд во всей Вселенной.

Вселенная - это все без исключения. Материя, энергия, пространство и время существуют в каждой части Вселенной. Она огромна, но не бесконечна, в противном бы случае существовало бесконечное количество атомов во Вселенной, бесконечное количество звезд и материи. На самом же деле бо́льшую часть Вселенной составляет пустое пространство.

Что такое Вселенная?

Что мы знаем о содержит в своем составе и структуры большого размера, которые называются суперскоплениями. Между галактиками существует межгалактическая материя. в настоящее время точно не установлены, несмотря на стремительное развитие космических технологий. Приблизительная оценка говорит, что ее диаметр равен 150 миллиардам световых лет.

Материя не распределена равномерно по всей Вселенной, а концентрируется в конкретных местах: галактиках, звездах, планетах и т. п. Кроме того, по приблизительным оценкам, около 90% массы Вселенной приходится на темную материю, которую нельзя напрямую наблюдать.

Отвечая на вопрос «Из каких атомов состоит Вселенная?», следует сказать, что к 10 наиболее распространенным химическим элементам Вселенной относятся:

• водород - 1 000 000;
• гелий - 63 000;
• кислород - 690;
• углерод - 420;
• азот - 87;
• кремний - 45;
• магний - 40;
• неон - 37;
• железо - 32;
• сера - 16.

Цифры обозначают количество атомов данного элемента на каждый 1 миллион атомов самого распространенного элемента Вселенной - водорода.

Место планеты Земля во Вселенной

Наша голубая планета является частичкой во Вселенной. Она расположена в Солнечной системе, которая находится в одном из рукавов галактики Млечный Путь, то есть на ее периферии. Количество звезд в нашей галактике оценивается в 100 миллиардов. Ниже на фото показана наша галактика и место Солнечной системы в ней.

Теория Большого взрыва

Согласно популярной теории Большого взрыва, 13,7 миллиарда лет назад вся материя имела бесконечные плотность и температуру и была сосредоточена в маленькой точке пространства. При этом само понятие пространства и времени не существовало. Такое состояние материи ученые называют сингулярностью. По некоторой причине произошел взрыв изначальной материи в результате которого Вселенная начала расширяться, а ее плотность и температура стали постоянно уменьшаться.

Таким образом, Большой Взрыв произошел из сингулярности, которая является физическим объектом, не поддающимся описанию с помощью известных законов физики. Однако современная физика может описать, что было после Большого взрыва. Так, температура Вселенной через одну минуту после этого колоссального процесса оценивается в 1 миллиард кельвинов.

То, что Вселенная расширяется, сейчас ни у кого не вызывает сомнения. Более того, различные наблюдения далеких галактик показали, что эти звездные скопления удаляются друг от друга с все большей и большей скоростью. Такое быстрое расширение Вселенной приводит к ее постепенному охлаждению. Одна из распространенных теорий конца Вселенной говорит о том, что он наступит, когда она полностью остынет.

Интересное о космосе можно также узнать из теорий современной физики. Так, согласно анализу уравнений теории относительности Эйнштейна, ученые пришли к выводу о том, что возможны всего три формы существования Вселенной: закрытая, открытая и плоская. Последние астрономические наблюдения подтверждают, что Вселенная действительно имеет плоскую форму.

Существование темной материи также является доказанным фактом, поскольку человечество знает в общих чертах, что происходит во Вселенной. Свидетельством реальности этой материи являются эффекты изменения температуры космических объектов, орбитальные и вращательные скорости галактик и некоторые другие феномены космоса.

Количество атомов во Вселенной

Точные расчеты числа атомов во Вселенной невозможны, поскольку достоверно неизвестны размеры последней. Поэтому можно сделать лишь некоторую оценку данной величины. Предположим, что в нашей Вселенной существует около 300 миллиардов галактик, каждая из которых имеет около 400 миллиардов звезд. Эти цифры соответствуют действительности, поскольку диаметр наблюдаемой нами Вселенной оценивается в 93 миллиарда световых лет, то есть больше половины всей Вселенной человечество видит. Исходя из этих оценок получаем, что общее количество звезд приблизительно равно 10 23 .

Проводя далее вычисления для определения количества атомов во Вселенной, положим среднюю массу одной звезды равной 10 35 грамм (масса Солнца приблизительно 10 33 грамм), тогда получим, что общая масса Вселенной равна 10 58 грамм. Поскольку каждый грамм материи содержит порядка 10 24 протонов, а также учитывая, что водород, который является самым распространенным элементом во Вселенной, содержит один протон, получаем число атомов водорода равное 10 82 .

Отметим, что более сложные теоретические расчеты говорят о существовании гораздо большего количества атомов во Вселенной, чем полученное число. Такое различие в теоретических данных обусловлено существованием во Вселенной невидимой темной материи.

Вселенная и элементарные частицы материи

По мере того как ученые изучали и постигали все глубже теорию Большого взрыва, они заметили, что чем больше они изучали процессы, происходящие в первые минуты и часы жизни нашей Вселенной, тем чаще имели дело с плотными и горячими объектами и большими энергиями. Любопытно заметить, что такие условия характерны для физики элементарных частиц, например, для кирпичика материи - атома. Таким образом, чтобы понять, как начала образовываться гигантская Вселенная, необходимо глубоко изучить законы и процессы, происходящие в ее элементарных частицах.

Миллион = 1 000 000 = 10⁶

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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.