Наука и техника, 2007 № 11 (18) - страница 7
Мы живем, и каждое мгновение нашей жизни, каждый шаг, каждый вздох, каждая радость или огорчение — непрерывные трансформации материи, происходящие в некоторой области пространства в течение некоторого интервала времени. И человеческая жизнь, и жизнь элементарных частиц, и жизнь звезд — все это изменение состояния материи в пространстве и времени. Не будь материи — всему, что есть в этом мире, не из чего было бы состоять. Не будь пространства — материи не в чем было бы перемещаться. Не будь времени — материи не в чем было бы изменяться. Материя, время и пространство — ключевые, базисные сущности. Без них не могло бы быть нашего мира.
Пространство и время образуют ту сцену, на которой материя видоизменяется и взаимодействует с другими видами материи. Материя движется в пространстве и времени. И по сути дела, больше ничего не происходит, только этот спектакль. Но сюжет его невообразимо сложен. Он охватывает миллиарды лет и развивается на пространстве в миллиарды миллиардов километров. Однако в этом спектакле далеко не второстепенными могут оказаться и сюжетные линии, которые длятся миллиардные доли секунды и разыгрываются на масштабах миллиардных долей сантиметра. И для каждого такого сюжета есть свое место в общем сценарии.
Как и когда начался этот спектакль? Каким будет его финал и когда он наступит? Кто действующие лица? В каких отношениях они находились, находятся и будут находиться? Об этом написаны сотни тысяч статей и книг, однако полной ясности нет и по сей день. Я хотел бы еще раз прикоснуться к этой теме и рассказать о том, что известно о ней сейчас, в начале XXI века. Мой рассказ ни в коей мере не претендует на полное и всеобъемлющее изложение. Это именно прикосновение. Не больше, но и не меньше. Приподнимем занавес и рассмотрим сцену.
В школьных учебниках, в научных статьях и книгах, в железнодорожных расписаниях и рекламных буклетах — всюду встречается множество чисел, обозначающих размеры и расстояния. Каждый из читателей хранит некоторые из этих чисел в памяти. Диаметр Земли — 13 тыс. км, размер атома водорода — 10>-8 см, расстояние до Солнца — 150 млн. км, а до ближайшей к нам галактики М31 (она же туманность Андромеды) — 2 млн. световых лет. Расстояния, которые вы не помните, легко найти в соответствующем справочнике. Тысячи (если не миллионы) расстояний и размеров известны человечеству. Но как их почувствовать? Правильно ли обычный человек осознает масштабы микромира и всей Вселенной, а также их соотношения?
Скорее нет, чем да. Человеческие способности восприятия созданы очень рационально, и лишних нам не дано. Естественный отбор обеспечил сохранение и закрепление тех свойств организма, которые были важны для выживания. Расстояния от нескольких миллиметров до нескольких десятков или сотен метров могут быть не только известны человеку, но и почувствованы им. Чтобы попасть футбольным мячом в ворота, расположенные в паре десятков метров от нас, не нужно знать законов механики и единиц измерения. Где-то в недрах мозга заложена врожденная способность правильно оценить и расстояние (даже не выражая его в числах), и необходимую силу удара. Но все, что не укладывается в узкую шкалу от 10>-3 м до 10>3 м (6 порядков величины), непредставимо для любой, даже самой образованной человеческой особи. Между тем реальная шкала расстояний, на которых разыгрывается вселенский спектакль, простирается как минимум на 40 порядков — отношение размеров Вселенной к размерам атомного ядра выражается 41-значным числом.
На такой шкале разница между размерами большого города и типографской точкой в тексте, который вы сейчас читаете, выглядит незначительной. Попытаемся все же представить себе всю шкалу расстояний, сравнивая одни размеры с другими и взяв за основу примерный средний рост человеческого существа: 1,7 м.
Для начала пройдемся «вниз» по лестнице масштабов. Чтобы мы могли хорошо разглядеть какой-либо предмет, его размеры должны быть порядка сантиметра. Если пропорционально увеличить все существующие размеры так, чтобы размеры атомов и состоящих из них молекул лежали в сантиметровом диапазоне (истинные размеры атомов составляют около 10