Астрономия полна астрономических цифр, а в физике есть только одна неопровержимая истина: не все так очевидно. Удивительным фактам о нашей Вселенной несть числа, и чтобы узнать о них, можно даже из дома не выходить. Перед вами пятерка подробно описанных головокружительных фактов о нашем невероятном и необъятном мире.

Все люди Земли могли бы уместиться в апельсине

Вы, должно быть, знаете, что 99,9% атома — просто пустое пространство. Это довольно очевидный факт. По сути, атом можно сжать до точки, которую практически невозможно будет увидеть и которая будет несоизмеримо меньше текущего размера атома.

Если вы уберете все свободное пространство из атомов, которые составляют всех людей на планете, вы могли бы поместить нас всех в один апельсин. Слова «пустое место» по отношению к человеку приобретают смысл.

Атомы окружают нас повсюду, будучи фундаментальными строительными блоками Вселенной. Солнце содержит 99,86% массы всей Солнечной системы. Масса Солнца приблизительно в 330 000 раз больше массы Земли. Солнце на три четверти состоит из водорода и на одну четверть из гелия.

Понимаете, к чему я клоню? Точно так же, как единственное светило берет на себя почти всю массу нашей Солнечной системы, так и все человечество могло бы уместиться на ладони, в буквальном смысле.

Атомы — вообще очень странная штука. Они невероятно малы, но именно им все сущее обязано своим существованием. Одна нить паутины имеет около миллиона атомов в диаметре. Ее масса, или 0,1% фактического материала, сконцентрирована в центре нити, в области в 1 триллионную часть сантиметра. По оставшемуся пространству с головокружительной скоростью носятся электроны. Если провести аналогию, в которой ядро атома будет размером с футбольный мяч, ближайший электрон будет в 0,8 километра от него.

Хуже попытки понять атомы может быть только это: попытка понять, почему…

Большая часть Вселенной куда-то исчезла

Мы установили, что Вселенная довольно велика, если вообще можно судить вселенную вселенскими мерками. Мы также установили, что вселенная состоит из атомов. Также пришли к выводу, что атомы содержат в основном пространство и очень малое количество вещества. Если оставить тот волнующий факт, что мы состоим из атомов, сколько материи имеется во вселенной? По мнению команды, отвечающей за миссию Планка, и согласно стандартной модели космологии, обычной материи во Вселенной не больше 4,9%. Остальная часть представлена темной материей (26,8%) и темной энергией (68,3%). Темную энергию нам придется проигнорировать, потому что это чистый эквивалент ничего — это не материя ни в коем случае. Может ли темная материя обеспечить нас веществом?

В настоящее время темная материя — не более чем очень мощная гипотеза среди космологов и астрономов. Ее присутствие объясняется тем, что мы должны учитывать большую часть массы, которой во Вселенной просто нет. Ее не хватает. Официальная точка зрения физики — 26,8% массы Вселенной просто отсутствует, ее нет, либо она не здесь.

Это не значит, что ее нет вообще, потому что должно быть что-то. Существует определенное несоответствие между массой больших астрономических объектов, которая определяется их гравитационными эффектами, и массой, которой должна обладать вся наблюдаемая материя. В лучшем случае темную материю можно рассматривать как вещество, которое не освещается светом. Она не излучает и не поглощает свет либо другое электромагнитное излучение. В худшем случае темной материи не существует вообще, но тогда придется поискать другое объяснение отсутствующей массе Вселенной.

Почему же гипотеза темной материи кажется такой мощной? Почему мы не можем просто написать «несоответствие между материей и массой» и забыть? Дело в том, что эта неопределенная материя оказывает очень мощное влияние на орбитальные скорости звезд в Млечном Пути и несет ответственность за «недостающую массу» галактик в скоплениях (как рассчитали астрономы Ян Оорт и Фриц Цвикки).

С какой стороны ни взглянуть, поведение атомов и невидимой Вселенной остаются серьезными загадками.

Свет не всегда движется очень быстро

«Ничто не может двигаться быстрее света». Эта фраза довольно популярна. Есть и другая: «Свет — постоянная величина. Мы можем измерять все скорости относительно скорости света». Иногда мы слышим, что свет меняет свое направление, когда проходит близко к звезде. Но самое интересное в том, что свет может двигаться очень медленно и быть не самой постоянной величиной. Люди имеют в виду постоянную скорость света в вакууме. Без этого важного уточнения свет будет чем угодно, но только не константой. В вакууме свет движется со скоростью порядка 300 000 километров в секунду.

Но уже в воде фотоны света замедляются и движутся со скоростью порядка ¾ от максимальной. Почти на 100 000 километров в секунду медленнее. Вы могли бы пройти долгий путь за секунду, будь вы фотоном, поэтому это немалая величина. Неудивительно, что в некоторых средах другие частицы могут двигаться быстрее света. Означает ли это, что они путешествуют в будущее?

К примеру, в ядерном реакторе присутствуют частицы, которые разгоняются до чрезвычайно высоких скоростей. Если им случается проходить через изолирующую среду (например, воду для охлаждения реактора), которая замедляет свет, они обгоняют частицы света. Вследствие этого проявляется эффект излучения Черенкова, в виде голубого свечения. Реакторы светятся в темноте не потому, что они перегреваются, а потому что свет обгоняют другие частицы.

Ученым также удалось замедлить свет почти до нуля по меркам световых скоростей. Самая медленная скорость, до которой замедляли свет, составила 17 метров в секунду.

Столкновение электронов на краю Вселенной мгновенно влияет на нас

Еще одно упрощенное объяснение поведения атомов привлекает аналогию с бильярдными шарами. Давайте представим атомы во Вселенной как коллекцию бильярдных шаров, сталкивающихся друг с другом. Это неплохое описание, но оно игнорирует эффекты гравитации. Гравитация намного сильнее, чем вы могли бы подумать. Если взять, к примеру, чемпионат по бильярду, то во время последнего удара возможный чемпион не задумывается о гравитационном поле каждого из аудитории, да и не должен, поскольку гравитационные эффекты слишком слабы, чтобы проявиться во время столкновения двух шаров.

С другой стороны, если бы вместо бильярдных киев были пушки или же столкновение вовлекало до 50 шаров, игроку нужно менять стиль игры, потому что в таких условиях гравитация будет проявлять серьезные эффекты. Почему? Потому что гравитационного притяжения единственного электрона на границе известной Вселенной (в 10 миллиардах световых лет) достаточно, чтобы отклонить молекулу кислорода в воздухе на Земле, чего будет достаточно, чтобы изменить конечную траекторию движения молекулы — и все это в ходе 50 столкновений. И все это за одну миллионную долю секунды. Теоретически это доказано, на практике же такой эксперимент никогда не будет проведен, поскольку понадобится лаборатория размером с целую вселенную. С такой позиции, заявления астрологов о том, что звезды влияют на нашу жизнь, не лишены смысла.

Предсказать будущее может быть невозможно

На первый взгляд это утверждение может выглядеть не более чем очевидным, мол, «у вас кровь идет, вы ранены?», если бы не тот факт, что оно скрывает глубокую истину о структуре Вселенной.

Никто не может предсказывать будущее, но теория хаоса гласит, что никогда и не сможем. На протяжении веков астрономы пытались сравнивать Солнечную систему с гигантским механизмом, вращающимся вокруг Солнца, — что-то вроде гигантских часов. К несчастью для них, их уравнения никогда на самом деле не будут отражать фактическое движение планет через космос.

Теоретическую трудность подытожил французский математик Анри Пуанкаре в 1900-х годах. Он продемонстрировал, что хотя астрономы с легкостью могут предсказать, как два небесных тела будут двигаться вокруг общего центра тяжести, введение третьего гравитационного тела (вроде другой планеты или Солнца) воспрепятствует окончательному аналитическому решению уравнений движения. Это делает невозможным в принципе предсказание долгосрочной эволюции системы.

Многие полагают, что практическая трудность в прогнозировании траектории системы лежит в отсутствии вычислительной мощности, и что в один прекрасный день даже это будет преодолено. Проблема такого подхода в том, что принцип неопределенности Гейзенберга поднимает свою уродливую голову снова и снова, ведь уровень чувствительности первичных условий системы должен быть релевантным вплоть до квантового уровня. Мы можем быть уверены в крупных событиях и в крупных масштабах, наблюдая их практически — иначе бы и лунные миссии никогда бы не достигали Луны. Но если мы хотим получить детализированную схему работы и взаимодействия множества вещей хотя бы в нашей системе, Вселенная каждый раз находит способ помешать нам в выяснении этих вещей.

Вселенная говорит нам то же, о чем догадывались философы — нет ничего, в чем можно быть уверенным на сто процентов, кроме существования собственного эго. И прежде чем мы перейдем к проблемам солипсизма, думаю, стоит поставить точку.