Правда ли, что Вселенная на 99% состоит из пустоты?
Все мы знаем, что абсолютно все видимое и невидимое во Вселенной состоит из атомов (темная материя не в счет, так как никто толком не знает, из чего она состоит). Каждая такая частица содержит в себе ядро и электроны, которые крутятся вокруг него, будучи связанными с ядром благодаря электромагнитному взаимодействию. Однако ядро атома настолько мало, что если мысленно себе представить растянутый до размеров футбольного поля атом, то его ядро будет иметь размер всего лишь с маковое зерно. Для чего атому нужно столько лишнего пространства и правда ли, что наша Вселенная на 99% состоит из пустоты?
Возможно, Вселенная на 99 % состоит из пустоты. Почему же это так?
Почему мы не можем ходить сквозь стены?
Несмотря на то, что большую часть атома составляет пустота, крошечные его составляющие — электроны, играют весьма важную роль в “заполнении” этой пустоты. Так, хотя электронов в атоме обычно совсем немного, их поведение сродни большой стае птиц, в которой при синхронном движении нет какой-либо четкой границы. Все, что мы можем видеть при таком движении, представляет из себя хаотично изменяющуюся неопределенную форму. Электроны, постоянно меняя свое расположение в атоме, движутся строго по уравнению, которое в XX веке впервые описал знаменитый ученый Эрвин Шредингер. Да-да, тот самый ученый, который любил ставить квантовые опыты над кошками.
Танцуя внутри атома, электроны могут получать и отдавать поступающую извне энергию. Именно поэтому свет не способен проникнуть сквозь стену, так как электроны атомов стены попросту забирают энергию света, отдавая ее спустя небольшой промежуток времени. Благодаря подобному явлению приема и отдачи света, находящаяся рядом с вами стена кажется твердой и непрозрачной.
Может ли Вселенная быть пустой?
Вселенная славится объектами, которые способны удивить своими колоссальными размерами любого земного скептика. Так, самым большим объектом в изученной нами части Вселенной признан объект, названный астрономами Великой стеной Геркулес — Северная Корона. Гигантская структура простирается аж на целых 10 миллиардов световых лет и представляет из себя огромное количество собранных вместе галактик разных форм и размеров.
Великая стена Геркулес — Северная Корона простирается более чем на 10 миллиардов световых лет
По сравнению с гигантской структурой, наша Солнечная Система представляется маленькой точкой, затерянной где-то далеко на краю галактики Млечный Путь. Несмотря на это, гравитационное поле нашего Солнца (и не только его, но и других звезд Вселенной) в несколько тысяч раз превышает его собственные размеры. Благодаря такой мудрой настройке, планеты могут вращаться вокруг орбит своих звезд, не опасаясь улететь куда-то далеко в глубокий космос.
Движение электронов в атоме схоже с хаотичным движением птиц в стае
Похожая ситуация возникает и внутри атома. Соотношение размеров электронов, атомного ядра и расстояний между ними крайне напоминает соотношение размеров космических тел и их расстояний в макромире. Иными словами, огромные расстояния внутри атома могут пролить свет на вопрос о возможной пустоте Вселенной.
Если это так, то Вселенная действительно на 99 % состоит из пустоты, в то время как 1 % всей видимой глазу материи создает известный нам окружающий мир. Несмотря на этот невероятный факт, все это огромное “ничего” вмещает в себя множество невидимых и еще неизученных сил, которые, возможно, мы однажды сможем обуздать.
Если вам понравилась данная статья, приглашаю вас присоединиться к нашему каналу на Яндекс.Дзен, где вы сможете найти еще больше полезной информации из области популярной науки и техники.
Как электрон излучает свет.
Когда электронное облако до предела напитывается энергией оно непроизвольно излучает кратковременный импульс энергии и переходит на стабильную орбиту. Так повторяется бесконечно, пока есть энергия снаружи.
«Целкни кобылу в нос — она взмахнет хвостом.»
«Зри в корень» К.Прутков С
Я умею читать мысли других, но только тогда, когда они у них есть
umarbor
#27327 2018-10-07 21:02 GMT
338 сообщений
Откуда: термез
Кто: пенсионер
Возраст: 76
Почему частота излучаемая атомом, ниже принимаемой. Почему тепло распространяется медленно.
Anderis
#27331 2018-10-08 10:18 GMT
7130 сообщений
Откуда: Moscow
Кто: Дедушка
Возраст: 74
#27327 umarbor :
Почему частота излучаемаяатомом, ниже принимаемой. Почему тепло распространяется медленно.
Атом ничего не излучает, так считают только невежды.
Излучает электрон. А ниже принимаемой потому, что приборы, фиксирующие прием излучения, илеют сопротивления и погрешности.
#27327 umarbor :
Почему тепло распространяется медленно.
А как медленно? Какое тепло? В каких словиях?
«Целкни кобылу в нос — она взмахнет хвостом.»
«Зри в корень» К.Прутков С
Я умею читать мысли других, но только тогда, когда они у них есть
Бульбаш
#27335 2018-10-08 10:42 GMT
679 сообщений
Откуда: Муромский край
Кто: лекарь
Электрон — часть атома, поэтому атом как целое излучает.
Anderis
#27343 2018-10-08 12:51 GMT
7130 сообщений
Откуда: Moscow
Кто: Дедушка
Возраст: 74
#27335 Бульбаш :
Электрон — часть атома, поэтому атом как целое излучает.
Нет. «поэтому атом как целое НИЧЕГО НЕ излучает!
Нет у него излучателя.
«Целкни кобылу в нос — она взмахнет хвостом.»
«Зри в корень» К.Прутков С
Я умею читать мысли других, но только тогда, когда они у них есть
Филатов Анат
#31737 2019-05-10 13:25 GMT
163 сообщений
Откуда: г.Алматы
Кто: Инженер по теплоснабжению
Возраст: 76
Размер атома — 10^-9 м, радиус орбиты электрона — 10^-12 м, размер ядра — 10^-15 м. Всё это пространство заполнено материей которая имеет плотность. При излучении части этой материи в виде фотона, плотность уменьшается а электрон меняет орбиту.
Anderis
#31744 2019-05-10 16:19 GMT
7130 сообщений
Откуда: Moscow
Кто: Дедушка
Возраст: 74
#31737 Филатов Анат :
Размер атома — 10^-9 м, радиус орбиты электрона — 10^-12 м, размер ядра — 10^-15 м. Всё это пространство заполнено материей которая имеет плотность. При излучении части этой материи в виде фотона, плотность уменьшается а электрон меняет орбиту.
Не только пространство между электроном и ядром атома заполнено, но и вся вселенная заполнена электромагнитным полем. И это да, МАТЕРИЯ… Электрон излучает энергию ТОЛЬКО тогда, когда напитается ею и достигнет самой высокой и неустойчивой точки насыщения. Тогда он искускает лишнюю энергию в виде кванта и возвращается в прежнее, стабильное положение. Изучите работу лазара.
«Целкни кобылу в нос — она взмахнет хвостом.»
«Зри в корень» К.Прутков С
Я умею читать мысли других, но только тогда, когда они у них есть
Бульбаш
#31747 2019-05-10 21:00 GMT
679 сообщений
Откуда: Муромский край
Кто: лекарь
#31744 Anderis :
#31737 Филатов Анат :
Размер атома — 10^-9 м, радиус орбиты электрона — 10^-12 м, размер ядра — 10^-15 м. Всё это пространство заполнено материей которая имеет плотность. При излучении части этой материи в виде фотона, плотность уменьшается а электрон меняет орбиту.
Не только пространство между электроном и ядром атома заполнено, но и вся вселенная заполнена электромагнитным полем. И это да, МАТЕРИЯ… Электрон излучает энергию ТОЛЬКО тогда, когда напитается ею и достигнет самой высокой и неустойчивой точки насыщения. Тогда он искускает лишнюю энергию в виде кванта и возвращается в прежнее, стабильное положение. Изучите работу лазара.
Ты серьезно считаешь, что пока атом не напитался внутри него есть ЭМП, как напитался, то он часть этого поля излучает. Хорошо, приведи доказательства.
Anderis
#31750 2019-05-11 08:15 GMT
7130 сообщений
Откуда: Moscow
Кто: Дедушка
Возраст: 74
#31747 Бульбаш : #31744 Anderis :
#31737 Филатов Анат :
Размер атома — 10^-9 м, радиус орбиты электрона — 10^-12 м, размер ядра — 10^-15 м. Всё это пространство заполнено материей которая имеет плотность. При излучении части этой материи в виде фотона, плотность уменьшается а электрон меняет орбиту.
Не только пространство между электроном и ядром атома заполнено, но и вся вселенная заполнена электромагнитным полем. И это да, МАТЕРИЯ… Электрон излучает энергию ТОЛЬКО тогда, когда напитается ею и достигнет самой высокой и неустойчивой точки насыщения. Тогда он искускает лишнюю энергию в виде кванта и возвращается в прежнее, стабильное положение. Изучите работу лазара.
Ты серьезно считаешь, что пока атом не напитался внутри него есть ЭМП, как напитался, то он часть этого поля излучает. Хорошо, приведи доказательства.
Ты ведешь себя, как деревенский помещие-самодур. Почему я тебе должен что-то доказывать?? Ищи в интернете — это не я придумал, а уже 100 лет известно, но ты не знаешь потому, что никто тебе не доложил. Но разве были обязаны?
«Целкни кобылу в нос — она взмахнет хвостом.»
«Зри в корень» К.Прутков С
Я умею читать мысли других, но только тогда, когда они у них есть
Что находится внутри атомного ядра?
Протоны и нейтроны — знаменитые тяжелые частицы ядра атома. Ядро значительно меньше атома, но очень плотное и тяжелое. Электроны вращаются вокруг ядра на большом расстоянии, создавая значительное пустое пространство в атоме. Является ли тяжелое ядро компактно заполненным твердыми частицами? Нет. Ядро также имеет значительное пустое пространство внутри.
Большая часть массы атома сосредоточена в его ядре. Ядро атома окружено чрезвычайно маленькими и легкими электронами, которые вращаются в атоме, но не нарушают значительного пустого пространства между ядром и границами атома. Чтобы получить четкое изображение ядра атома, нужно сначала знать, что происходит с электронами и остальной частью атома.
Электроны вокруг ядра атома
Электроны имеют свои специфические орбиты, а именно: S, P, D, F, а затем G. Каждая орбита представляет собой сферическую оболочку, и имена выводятся из спектра испускаемого света из этих оболочек, описывающих характер спектральных линий. Другой факт об электронах заключается в том, что они находятся везде, что позволяют квантовые законы.
В атоме углерода, например, шесть электронов. Два из них занимают сферическую оболочку в центре атома, а остальные четыре распределены в смеси сферических оболочек и трехлопастных оболочек. Таким образом, ядро окружено чем-то вроде облаков отрицательного заряда, а электроны находятся везде, где только могут быть, но не заполняют пустые пространства. Электроны помогают создавать молекулы.
Электронные связи между атомами
Если два атома углерода подходят достаточно близко, их ближайшие электроны взаимодействуют и образуют одинарную связь. Эта связь в химии называется сигма-связью. Затем облака изгибаются и соединяются, создавая «Пи-связь», которая выглядит как деревья, соединяющие верхние ветви над улицей.
Связи становятся все более и более сложными в различных ситуациях, и это выходит за рамки данной статьи. Тем не менее одна вещь остается постоянной во всех этих связях: электроны все еще рассеяны в относительно огромном облаке вокруг очень плотного ядра, и там все еще много пустого пространства. Электрические поля и электронные облака удерживают эту огромную пустоту вместе. Что же тогда находится внутри ядра атома?
Протоны и нейтроны
Ядро атома состоит из протонов, открытых в 1920 году Эрнестом Резерфордом, и нейтронов, открытых в 1932 году Джеймсом Чедвиком. И протоны, и нейтроны подобны маленьким сферам радиусом 10 -15 м, или квадриллионной метра. Обе частицы каким-то образом склеены в ядре.
Когда атом нагревается, он излучает видимый свет, но когда ядро нагревается, оно испускает гамма-лучи. Гамма в 100 000 или даже в миллион раз более энергична, чем видимый свет. Многие модели пытаются описать поведение частиц ядра, но модель оболочки до сих пор была наиболее успешной. Она помещает протоны и нейтроны в различные энергетические оболочки для описания гамма-излучения. Значит ли это, что протоны и нейтроны — это твердые маленькие шарики?
Внутри протонов и нейтронов
В 1950-х годах наука поняла, что протоны и нейтроны состоят из более мелких частиц. Несколько лет спустя, в 1964 году, американский физик Мюррей Гелл-Манн представил кварки. Он не знал, сколько типов кварков существует, но сегодня открыто по крайней мере шесть кварков: верхний (символ u α ), нижний (символ d α ), странный (символ s α ), очарованный (символ c α ), красивый (символ b α ) и истинный (символ t α ).
Верхние и нижние кварки находятся внутри протонов и нейтронов. Остальные четыре имеют очень короткий срок службы и их можно найти только в ускорителях частиц. Протон содержит два верхних кварка и один нижний кварк. С другой стороны, нейтрон имеет один верхний кварк и два нижних кварка. Что держит эти кварки вместе в одной фемтометрической сфере — самая сильная сила обнаружена до сих пор: сильная сила.
Если рассматривать протон как баскетбольный мяч, каждый кварк будет меньше песчинки. Следовательно, большая часть протона и нейтрона также является пустым пространством, в то время как кварки перемещаются со скоростью, близкой к скорости света.
Маленькие ядра удерживают частицы настолько малы, что наше самое мощное и самое точное оборудование не может их видеть. В то же время они обладают самой сильной силой, когда-либо существовавшей в пустых пространствах и сверхмалых частицах, называемых кварками.
Общие вопросы об атомном ядре
Вопрос: Что находится в ядре атома?
Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Протоны несут положительный заряд, равный электронам, вращающимся вокруг, а нейтроны не несут заряда, но весят столько же, сколько протоны.
Вопрос: Какова функция ядра атома?
Ядро атома создает силу, необходимую для того, чтобы держать атом вместе и в порядке. Это самая тяжелая часть атома и очень плотная. Размер ядра по отношению ко всему атому подобен мячу на футбольном поле.
Вопрос: Ядро атома нейтрально?
Ядро атома несет положительный электрический заряд. Однако атом нейтрален, поскольку количество электронов с отрицательным зарядом равно количеству протонов в ядре.
Вопрос: В чем разница между ядром и атомом?
Ядро атома — это плотное и тяжелое ядро атома с положительным зарядом. Оно значительно меньше атома, но намного тяжелее его остального.
Мета-атомы помогут бесконечно хранить запертый свет
Ученые из Коимбрского университета в Португалии предложили теоретическую модель «мета-атома», способного хранить «бит» света бесконечно долго. Неизбежные потери в подобной системе предложено компенсировать усилением, аналогичным усилению излучения в лазерах. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Хранение запертого в некоторой структуре света является необходимым условием создания оптических компьютеров, основанных на передаче и обработке информации не электронами, а фотонами. Предлагаемые традиционно для этого устройства основаны на использовании барьеров для света в виде зеркал или фотонных кристаллов. Однако из-за волновой природы света и необходимости взаимодействовать с ним в процессе вычислений достичь с помощью обычных методов бесконечно долгого хранения информации невозможно даже теоретически.
В последнее время, однако, развиваются альтернативные подходы к решению этой проблемы. Они основаны на использовании открытых резонаторов специальной формы. Такие структуры, хотя формально и не имеют непроходимых для света преград, устроены таким образом, что способны удерживать свет в течение очень долгого времени. Впервые они были рассмотрены теоретически еще в 1929 году Джоном фон Нейманом и Юджином Вигнером, а впоследствии неоднократно исследовались и другими учеными.
Авторы новой работы развивают эти идеи, предлагая использовать в качестве хранителя света так называемый «мета-атом» — наноразмерную структуру, обладающую свойствами атома в том смысле, что, как и атом, ее энергия может иметь только совершенно определенный дискретный набор значений — говорят, что энергия такой структуры квантуется. В отличии от обычного атома, однако, мета-атом в возбужденном состоянии способен удерживать внутри себя определенное количество излучения, которое оказывается как бы запертым и может рассматриваться как записанный «бит» информации.
Интересно, что подбором свойств материалов мета-атома удается достичь эффекта, когда свет, падающий на него, способен проникнуть внутрь, но часть излучения обратно выйти не может. Это достигается за счет использования нелинейных эффектов — длина волны света в мета-атоме зависит от его интенсивности. У падающего света длина волны такова, что он практически беспрепятственно проникает внутрь, но с ростом интенсивности, то есть в процессе накопления света в мета-атоме, длина его волны уменьшается и в конце концов достигает критической величины, при которой свет больше не может выйти за пределы структуры. Как это выглядит в численном моделировании можно посмотреть на анимации (.gif, 10Mb).
Если бы используемые материалы были идеальными, то согласно аналитическим и численным расчетам, свет мог бы удерживаться в подобном мета-атоме сколь угодно долго. На практике, однако, любой материал обладает поглощением, что приводит к потерям энергии излучения. Чтобы побороть эту проблему, ученые предлагают использовать в ядре мета-атома среду, способную усиливать свет, аналогично тому, как усиливается излучение в лазерах. Авторы утверждают, что можно подобрать коэффициент усиления так, чтобы интенсивность света в предложенной ими структуре не уменьшалась. Таким образом, можно на практике достичь бесконечно долгого хранения оптической информации в веществе.
Еще одной проблемой, решенной теоретиками, стало извлечение хранимого «бита» света в нужный момент. Для этого на мета-атом подается еще один импульс излучения определенной формы. Как происходит извлечение хранимой оптической информации из мета-атома в моделировании можно посмотреть здесь(.gif, 17Mb).
Авторы надеются, что предложенный ими механизм будет полезен при разработке полностью оптической памяти, необходимой для создания в будущем сверхбыстрых фотонных компьютеров. Однако сложность экспериментальной реализации описанного мета-атома на данный момент оценить непросто. Еще труднее сравнить его преимущества и недостатки с альтернативными схемами. Ответить на вопрос о практической пригодности новой схемы смогут только будущие эксперименты.