Pemandangan untuk prestasi sejagat

Pemandangan untuk prestasi sejagat

Igor Sokalsky,
Calon Sains Fizikal dan Matematik
"Kimia dan Kehidupan" №7, 2006

Prolog

Melihat dunia, mustahil untuk tidak terkejut!
Bar Kozma

Gambar oleh Alexander Astrin ("Kimia dan Kehidupan")

Setiap pagi kita bangun dan keluar dari katil. Otak bergerak dari tidur hingga terjaga dan menghantar isyarat sepanjang saluran saraf yang memastikan peralihan badan ke keadaan "siang". Sistem pencernaan mengitar semula sarapan pagi, mengeluarkan tenaga yang diperlukan oleh badan. Dalam peti mel, kami dapati surat yang telah lama menunggu. Hati mula mengetuk lebih cepat, adrenalin dilepaskan ke dalam darah. Kami meninggalkan rumah dan bergerak ke arah kerja. Ia menjadi pengap di metro – pernafasan membesar kerana paru-paru perlu memproses lebih banyak udara untuk membekalkan tubuh dengan jumlah oksigen yang diperlukan …

Kita hidup, dan setiap saat dalam hidup kita, setiap langkah, setiap nafas, setiap kegembiraan atau kebingungan – transformasi bahan yang berterusan, yang berlaku di kawasan tertentu dalam selang waktu tertentu. Dan kehidupan manusia, dan kehidupan zarah-zarah asas, dan kehidupan bintang – semua perubahan dalam keadaan benda dalam ruang dan waktu.Jangan menjadi perkara – segala-galanya yang ada di dunia ini, tidak ada apa-apa. Tanpa ruang, perkara tidak akan bergerak. Sekiranya tidak ada masa, perkara tidak akan berubah. Perkara, masa dan ruang adalah kunci, asas asas. Tanpa mereka tidak boleh menjadi dunia kita.

Ruang dan masa membentuk adegan di mana perkara diubah suai dan berinteraksi dengan jenis perkara lain. Perkara bergerak dalam ruang dan masa. Dan sebagai hakikatnya, tidak ada yang lain yang berlaku, hanya prestasi ini. Tetapi plotnya sangat kompleks. Ia meliputi berbilion-bilion tahun dan berkembang di atas ruang berbilion bilion kilometer. Walau bagaimanapun, dalam prestasi ini, plot plot yang bilion pertiga terakhir dan dimainkan pada skala billionths satu sentimeter boleh jauh dari sekunder. Dan untuk setiap plot itu terdapat tempat dalam senario keseluruhan.

Bagaimana dan kapan penampilan ini bermula? Apa yang akan menjadi akhirnya dan kapan ia akan datang? Siapa watak itu? Dalam apa hubungan mereka, akan dan akan? Mengenai beratus-ratus beribu-ribu artikel dan buku bertulis ini, tetapi tidak ada penjelasan lengkap untuk hari ini.Saya ingin sekali lagi menyentuh topik ini dan bercerita tentang apa yang diketahui mengenainya sekarang, pada permulaan abad XXI. Cerita saya tidak berpura-pura lengkap dan komprehensif. Ia hanya sentuhan. Tidak lebih, tetapi tidak kurang. Angkat tirai dan pertimbangkan tempat kejadian.

Pemandangan: aspek spatial

Tidak ada perkara yang hebat yang tidak melepasi
akan lebih hebat lagi. Tiada benda yang begitu kecil
ke mana yang lebih kecil tidak sesuai.
Bar Kozma

Di dalam buku teks sekolah, dalam artikel dan buku saintifik, dalam jadual keretapi dan buku iklan – di mana-mana terdapat banyak nombor yang menandakan dimensi dan jarak. Setiap pembaca menyimpan beberapa nombor dalam ingatan. Diameter bumi – 13 ribu km, saiz atom hidrogen – 10-8 cm, jarak ke Matahari adalah 150 juta km, dan galaksi M31 terdekat (Andromeda nebula) adalah 2 juta tahun cahaya. Jarak yang anda tidak ingat mudah dicari di direktori yang sepadan. Beribu-ribu (jika tidak berjuta-juta) dari jarak dan saiz diketahui oleh manusia. Tetapi bagaimana perasaan mereka? Adakah orang biasa betul menyedari skala mikroworld dan seluruh alam semesta, serta nisbahnya?

Sebaliknya tidak ya.Kemampuan persepsi manusia diciptakan dengan sangat rasional, dan kami tidak mempunyai sebarang tambahan. Pemilihan semulajadi memastikan pemeliharaan dan penyatuan sifat-sifat organisma yang penting untuk bertahan hidup. Jarak dari beberapa milimeter hingga beberapa puluhan atau ratusan meter tidak hanya diketahui oleh manusia, tetapi juga dirasakan olehnya. Untuk mendapatkan bola sepak ke dalam gol, terletak beberapa meter dari kami, anda tidak perlu mengetahui undang-undang mekanik dan unit ukuran. Di suatu tempat di kedalaman otak, terdapat keupayaan bawaan untuk menganggarkan dengan betul kedua jarak (walaupun tanpa menyatakannya dalam jumlah) dan kekuatan impak yang diperlukan. Tetapi semua yang tidak sesuai dengan skala sempit dari 10-3 m hingga 103 m (6 pesanan magnitud), tidak boleh dipertanggungjawabkan kepada sesiapa, bahkan individu manusia yang paling berpendidikan. Sementara itu, skala jarak sebenar di mana tontonan sejagat dimainkan meluaskan sekurang-kurangnya 40 pesanan magnitud – nisbah dimensi Alam Semesta kepada dimensi nukleus atom dinyatakan oleh nombor 41 digit. Pada skala sedemikian, perbezaan antara saiz bandar besar dan titik tipografi dalam teks yang anda baca sekarang kelihatan tidak penting.Mari kita bayangkan semua skala jarak, membandingkan satu saiz dengan yang lain dan mengambil ketinggian purata manusia sebagai asas: 1.7 m.

Untuk permulaan, berjalan ke tangga skala. Untuk membolehkan kita melihat dengan jelas apa-apa objek, dimensinya mestilah perintah sentimeter. Jika kita secara proporsional meningkatkan semua dimensi yang sedia ada supaya saiz atom dan molekulnya terdiri daripada mereka terletak dalam jarak sentimeter (saiz sebenar atom adalah kira-kira 10-9 m, satu bilion saiz seseorang), maka pertumbuhan manusia akan kira-kira 200 ribu km, iaitu separuh jarak dari Bumi ke Bulan! Pada skala ini, saiz bakteria sferis tipikal (organisma uniselular yang kelihatan dalam bentuk tidak diperbesarkan hanya di bawah mikroskop yang kuat) akan menjadi 100-200 m. Percubaan mental sedemikian memberikan idea visual tentang perbezaan saiz satu bilion kali (9 pesanan magnitud). Sekalipun atom-atom itu bertambah hingga ke titik-titik yang tidak dapat dilihat, yang dapat digambarkan sebagai pensil yang tajam di sekeping kertas, pertumbuhan manusia akan sama dengan jarak dari Moscow ke Paris. Tetapi ini hanya langkah pertama ke bawah.

Mari ambil langkah lain dan pertimbangkan nukleus atom. Peranan molekul dan atom adalah untuk membentuk sifat bahan kimia. Yang terakhir bergantung kepada bilangan elektron, yang ditentukan oleh cas elektrik nukleus atom. Di samping itu, nuklei yang terdiri daripada proton dan neutron memainkan peranan penting lain – mereka terlibat dalam reaksi termonuklear yang berlaku di kawasan pusat bintang. Sekiranya saiz awan elektron atom adalah 10-9 m, maka inti adalah empat hingga lima pesanan magnitud kurang: 10-(13-14) Jika saiz nukleus meningkat kepada satu sentimeter, maka saiz atom akan menjadi beberapa ratus meter. Dalam erti kata lain, teras kecil hampir tidak dapat dilihat dalam atom yang jauh lebih besar daripada itu – ini pertama kali diperhatikan 94 tahun lalu oleh Ernest Rutherford dalam eksperimennya yang terkenal mengenai penyinaran kerajang emas dengan alur zarah alfa. Pada skala ini, pertumbuhan manusia akan meningkat kepada saiz orbit bumi – 150 juta km. Jika kita berhati-hati mempertimbangkan proton dan neutron (satu langkah lagi) yang nukleus atom bersaiz sentimeter, kita perhatikan bahawa ini adalah pembentukan kompleks; ia terdiri daripada objek yang lebih kecil – kuark dan gluon merekatkannya.

Oleh itu, turun tangga dengan tiga langkah ke bawah, kami berjalan sekitar 15 pesanan magnitud pada skala, mencapai struktur nukleon dan melihat peristiwa yang terjadi pada setiap langkah entah bagaimana mempengaruhi sifat-sifat dunia yang diperhatikan. Pada masa yang sama untuk melihat segala-galanya dengan berhati-hati, kita perlu berkembang ke orbit bumi. Kami kini kembali ke kedudukan permulaan dan cuba menaiki tangga.

Biarkan Sistem Suria menjadi langkah pertama – 9 planet yang mengorbit bintang tengah, Matahari. Kami akan mencuba sekeping kertas untuk menggambarkannya dalam skala sebenar. Untuk melakukan ini, kita akan menjadikan Matahari (diameternya sebenarnya 1,4 juta km) pada titik 0.1 mm, iaitu, kita akan mengurangkan Matahari sebanyak empat belas trilion kali, dengan lebih daripada 13 pesanan magnitud. Pada masa yang sama, seseorang akan berkurangan sehingga setakat bahawa atom (jika mereka akan tetap saiz yang sama) nampaknya objek objek saiz kilometer, dan nukleus atom saiz anggur besar. Diameter orbit Bumi dalam corak sedemikian akan menjadi lebih sedikit daripada 2 cm, dan diameter orbit salah satu planet paling jauh dari Matahari, Pluto, akan menjadi 80 cm.Iaitu, walaupun dengan pengurangan satu helaian kertas untuk imej sistem suria tidak cukup.

Bintang terdekat ke Matahari, Proxima Centauri, pada skala ini akan berada pada jarak 3 km, dan dalam radius 100 km hanya akan ada sekitar 10,000 bintang (sekitar sepuluh juta bintang di seluruh Galaxy kita) – sepuluh ribu mata 0.1 mm. bertaburan di seluruh wilayah Moscow!

Latihan skala ini menunjukkan bahawa ruang terdiri terutamanya daripada kekosongan: saiz bintang boleh diabaikan berbanding dengan jarak yang memisahkannya, tetapi kekosongan ruang walaupun di dalam galaksi adalah jauh lebih tinggi daripada kekosongan atom dengan teras pusat kecil dan cangkang elektron yang besar.

Galaksi adalah "pulau-pulau" perkara – di dalamnya bahawa bintang-bintang tertumpu, yang sangat tidak sekata diedarkan di Alam Semesta. Setiap galaksi mempunyai puluhan dan ratusan berbilion bintang. Bahan yang terbentuk dalam proses evolusi cemerlang, kekal di galaksi dan berfungsi sebagai bahan dari mana bintang dan planet baru terbentuk. Jika bintang-bintang sama rata tersebar di seluruh jilid Semesta, pembentukan mereka akan jauh lebih lambat daripada Bumi, dan dengan itu, kita tidak dapat wujud.

Ruang antara galaksi dicirikan oleh tahap kekosongan yang lebih tinggi daripada galaksi, kerana tidak ada bintang sama sekali. Galaxy kami – Bima Sakti – mempunyai bentuk cakera 10 tebal16 km dan diameternya – 1018 km Diameter Galaxy adalah satu trilion kali lebih besar daripada diameter Matahari (digambarkan sebagai titik 0.1 mm) dan pada skala kita adalah 100 ribu km, yang hampir sama dengan seperempat jarak dari Bumi ke Bulan.

Jurnal Astrophysical, 2005, 624) timbul disebabkan oleh gelombang bunyi yang mengejutkan pada peringkat awal pembentukannya. Sektor putih besar sesuai dengan pesawat galaksi. Berhampiran pesawat ini terdapat kelompok besar debu antara bintang yang membuat kawasan-kawasan di alam semesta berbaring di arah-arah yang tidak dapat diobservasi (imej dari laman web www.fnal.gov) "border = 0> Diyakini bahawa struktur selular semacam itu (dari "Jurnal Astrofizikal", 2005, 624) timbul disebabkan oleh gelombang bunyi yang mengejutkan pada peringkat awal pembentukannya. Sektor putih besar sesuai dengan pesawat galaksi. Berhampiran pesawat ini terdapat kelompok besar debu antara bintang yang membuat kawasan-kawasan di alam semesta berada dalam arah yang tidak dapat dilihat (imej dari www.fnal.gov)

Mari kita buat diameter galaksi sama dengan pertumbuhan manusia, iaitu, mari kita melalui 8 lagi pesanan pada skala jarak. Kemudian diameter orbit Bumi akan sedikit lebih besar daripada saiz atom hidrogen. Dari langkah ini, anda dapat melihat bahawa galaksi, seperti bintang, akan pergi ke pulau-pulau. Galaxy kami adalah kumpulan tempatan yang terdiri daripada kira-kira 20 galaksi, yang paling dekat dengannya adalah nebula Andromeda, yang merupakan 2 juta tahun cahaya dari kami (ini bermakna kita melihatnya seperti 2 juta tahun yang lalu). Dalam skala kita, jarak ini sama dengan 35 m. Menariknya, ini adalah langkah pertama pada skala skala yang telah kita lulus, di mana kekosongan ruang menjadi tidak begitu ketara – jarak antara dua objek bersebelahan hanya 20 kali lebih besar daripada saiz mereka. Tidak ada yang serupa di dunia atom atau di dunia planet dan bintang. Kelompok tempatan, pada gilirannya, memasuki kelompok besar yang terdiri daripada beberapa ribu galaksi yang pusatnya berada dalam rasi bintang Virgo. Saiz kluster ini dalam skala kami akan menjadi kira-kira 600 m.

Satu lagi langkah. Kurangkan kelompok galaksi kami 1000 kali, sehingga 60 cm.Orbit bumi akan menjadi hanya 10 kali saiz nukleus atom. Galaxy kami (yang, pada hakikatnya, walaupun cahaya bergerak pada kelajuan 300 ribu kilometer per saat melintasi lebih 100 ribu tahun) akan diameter 2 mm. Kami berada di tangga teratas, dari mana anda sudah dapat melihat sempadan Alam Semesta – sehingga sempadan ini hanya kira-kira 400 m. Semua ruang dipenuhi dengan kelompok galaksi. Saiz kluster adalah kira-kira satu meter, manakala saiz galaksi konstituen adalah dalam milimeter. Kelompok ini membentuk struktur selular tiga dimensi – ia kelihatan seperti buih dari gelembung yang rapat. Di dinding gelembung terdapat banyak kelompok, di tengah – hampir tidak ada.

Ini adalah struktur spatial dunia kita, yang dapat kita lihat, pertama menjatuhkan tiga langkah ke skala skala dan lulus 15 pesanan magnitud, dan kemudian memanjat tiga langkah ke atas melalui 25 pesanan magnitud. Walau bagaimanapun, pemandangan tontonan universal dibentuk bukan hanya dengan ruang, tetapi juga mengikut masa. Jadi, apakah komponen masa adegan prestasi sejagat yang kita bicarakan seperti?

Pemandangan: aspek masa

Di manakah permulaan akhir yang berakhir?
Bar Kozma

Sekitar 14 bilion tahun, atau 400 bilion bilion saat, terdapat Big Bang kembali, akibatnya Universe mulai berkembang dan berkembang hingga sekarang. Semua selang masa di dunia kita – dari yang terbesar hingga yang terkecil – tidak dapat dielakkan dilaburkan dalam selang maksimum ini. Ahli astronomi Amerika Carl Sagan mencadangkan kalendar yang membolehkan anda memvisualisasikan hubungan skala masa yang berbeza. Umur Universe sama dengannya hingga satu tahun, dan semua jangka masa yang lain dikurangkan secara proporsional.

Kalendar Carl Sagan (imej dari www.geocomplexity.com)

Berikut adalah tarikh utama kalendar ini. Big Bang – 1 Januari 0h 0m 0dengan. Pembentukan galaksi – 10 Januari. Pembentukan sistem solar – 9 September. Pembentukan Bumi – 14 September. Kemunculan kehidupan di Bumi – 25 September. Kemunculan bakteria – 9 Oktober. Sel pertama dengan nukleus – 15 November. Peristiwa selanjutnya yang berkaitan dengan perkembangan kehidupan di Bumi dibuat dalam blok "Disember" yang berasingan, yang diatur oleh hari. Perhatikan bahawa seseorang dalam skala waktu ini hanya ada satu setengah jam terakhir "Tahun Baru". Dan kehidupan manusia purata berlangsung lebih kurang 0.1 saat.

Ruang dan masa tidak boleh dianggap bebas antara satu sama lain. Planck tetap h (kira-kira 10-34J • c) – kuantum minimum tindakan – termasuk kedua-dua komponen: masa dan ruang. Konstanta asas ini menentukan perubahan minimum yang mungkin dalam keadaan benda dalam ruang dan masa, yang boleh dibandingkan dengan bingkai dalam filem. Sama seperti bingkai sinematografi, menggantikan satu sama lain, memberi kita kesan imej yang sentiasa berubah dan lancar, realiti di sekeliling kita terdiri daripada perubahan spasmodik terkecil, yang keseluruhannya kita lihat sebagai proses berterusan – hanya kerana dimensi dan deria masa kita adalah masuk akal. .

Hubungan masa dan ruang dalam makrokosmos kita dapat dilihat pada skala astronomi. Mematuhi, sebagai contoh, quasars – objek yang berbilion-bilion tahun cahaya dari bumi – kita, sebenarnya, melihat bukan sahaja wilayah yang jauh dari Universe, tetapi juga masa lalu yang jauh. Dan yang lebih jauh objek ruang dari kami, lebih mendalam adalah mungkin untuk melihat masa lalu ini. Radiasi elektromagnetik yang diterima dari quasar yang paling jauh hari ini dilahirkan pada era ketika bintang baru mula terbentuk.Dengan kata lain, kita melihat alam semesta muda.

Kami melihat matahari kerana ia lapan minit yang lalu. Bintang terang di langit menghantar kami cahaya dari "kedalaman" masa lalu beberapa tahun atau beberapa dekad. Menurut katalog bintang, anda boleh memilih bintang, jarak yang mana, dinyatakan dalam tahun cahaya, adalah kira-kira sama dengan usia kita. Dan kemudian cari bintang ini di langit dan lihat apa yang terjadi di alam Semesta apabila kita datang ke dunia ini …

Dan yang terakhir. Purata jangka hayat manusia adalah, seperti yang kita lihat, satu sepersepuluh detik pada skala tahun kosmik dan lebih kurang 2 bilion saat dalam skala sebenar. Dua dan sembilan sifar. Daripada jumlah ini, kira-kira 700 juta saat, kita tidur, dan 200 juta saat kanak-kanak awal. Bagaimana kita menghabiskan baki bilion bergantung kepada kita. Kira-kira 500 saat berlalu dari bilion ini semasa anda membaca artikel ini.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: