§ 22.4.1. Мы живем в «пустоте»?

Для того, чтобы гипотеза о возможной естественно-научной модели устройства человека, окружающего нас материального мира и пронизывающего их Духовного мира была более наглядна и понятна, напомним некоторые факты. Одни из них знакомы вам из школьного курса физики, а другими оперируют специалисты-физики. Столь малые величины, как ангстрем, пико- и фемтометры, обычно используются в квантовой физике и физике элементарных частиц.

Единицы измерений

Метр — единица измерения длины и расстояния в Международной системе единиц (СИ). Метр равен расстоянию, которое проходит свет в вакууме за промежуток времени, равный 1/299 792 458 секунды, это приблизительно равно одной трехсоттысячной доле секунды. Из этого определения следует, что в настоящее время считается, что скорость света в вакууме составляет 299 792 458 метров в секунду.

Миллиметр — 10^-3 метров, одна тысячная метра (1/1000).

Микрон — 10^-6 метров, одна миллионная часть метра или одна тысячная часть миллиметра (1/1 000 0000).

Нанометр — 10^-9 метров, одна миллиардная часть метра (1/1 000 000 000).

Ангстрем — не входящая в систему СИ единица измерения расстояния, равная 10^-10 метров (1/10 000 000 000). Это приблизительный диаметр орбиты электрона в невозбужденном атоме водорода (размер атома водорода) или шаг в атомной решетке в большинстве кристаллов.

Пикометр — 10^-12 метров (1/1 000 000 000 000).

Фемтометр — 10^-15 метров (1/1 000 000 000 000 000).

Атом — микроскопическая частичка материи

Мы с рождения привыкли к восприятию окружающего нас мира с помощью органов чувств и, как правило, не задумываемся о том, что же представляет собой материя, из которой состоим мы и все, что нас окружает. Не будем углубляться в философские и научные (физические) трактовки такого интуитивно понятного каждому слова, как «материя».

Ребенок просто отвечает на этот важнейший для ученых вопрос:

— Материя — это то, из чего состоит все!

Вспомним среднюю школу: все состоит из атомов.

— Что это такое — атом?

Атом (от греческого слова atomos — «неделимый») — наименьшая часть вещества (микрочастица) химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающего его «облака» отрицательно заряженных электронов. Атомы имеют в диаметре размеры от ~ 64 (гелий) до ~ 520 (цезий) пикометров (10^-12 м). Таким образом, «средний» размер атома ~ 2,5 х 10^-10 метров.

Атомное ядро — центральная часть атома, в которой сосредоточена его основная масса (более 99,9% массы атома). Ядро состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов.

Протоны и нейтроны близки по размеру — около 2,5 х 10^-15 метров. Диаметр атомного ядра для легких элементов приблизительно такой же.

Атом — электрически нейтральная частица материи, поскольку у него электрический заряд ядра (число протонов) равен электрическому заряду электронного облака (числу электронов).

Ион — атом или молекула, имеющие электрический заряд в результате потери или присоединения к ним одного или нескольких электронов.

Атомы разных химических элементов благодаря межатомным связям могут соединяться, образуя молекулы.

В рамках существующих сегодня представлений (стандартная модель) ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, а те, в свою очередь, состоят из элементарных частиц, которые называются кварками. Кварки связываются между собой сильными ядерными взаимодействиями.

Электрон — стабильная отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества. Электронам, как и другим частицам, свойственен корпускулярно-волновой дуализм, то есть способность проявлять себя в различных экспериментах как частица или волна.

У физиков в настоящее время нет никаких фактов, указывающих на то, что электрон имеет какую-то внутреннюю структуру, поэтому его часто рассматривают как некую «точечную» заряженную частицу. Его размеры слишком малы для экспериментального измерения. Даже в теоретической квантовой физике такое понятие, как «размер электрона», четко не определено, и физики часто используют понятие «электронное облако». Тем не менее предполагается, что размер (диаметр) электрона находится в диапазоне от 10^-19 до 10^-17 метров.

«Пустая» материя

Для наглядности и простоты попробуем построить модель атома в масштабе нашего материального мира, воспринимаемого человеком с помощью органов чувств. Характерные размеры электрона, атомного ядра и атома представлены выше.

Для упрощения расчетов будем считать, что размеры (диаметры):

электрона — 10^-17 метров;

ядра — 2,5х10^-15 метров;

атома — 2,5х10^-10 метров.

Попробуем перевести их в более понятные нам размеры.

Что такое 1 миллиметр (мм), представляет каждый. Таким размером обладает маковое зернышко, песчинка, крупинка сахара или соли. Представим себе «электрон» в виде «макового зернышка» размером в 1 миллиметр. Это соответствует тому, что мы увеличили его истинный размер в 10¹⁴ = 1 00 000 000 000 000 раз. В переводе на более понятный язык это означает, что сначала истинный размер электрона был увеличен в миллион раз (10⁶ = 1 000 000), затем еще раз в миллион раз (10⁶ = 1 000 000), а затем еще в сто раз (10² = 100).

Тогда ядро атома, которое в сотни раз больше электрона, можно представить себе как футбольный мяч с диаметром в 25 сантиметров (0,25 м).

Напомним, что размер атома (диаметр орбиты электрона) приблизительно в сто тысяч раз (10⁵ = 100 000) больше атомного ядра, то есть в нашем мысленном эксперименте он будет 0,25 м х 100 000 = 25 000 м = 25 километров.

Внимание!

Постараемся представить, как выглядят в увеличенном масштабе (в 10¹⁴ =
100 000 000 000 000 раз) первичные элементы (атомы), из которых построены мы и весь окружающий нас материальный мир. Вокруг плотного атомного ядра размером с футбольный мяч на расстоянии около 12,5 километров (радиус орбиты электрона) вращается «маковое зернышко» миллиметрового размера, символизирующее электрон!

Вспомните о том, что такое десятки километров — расстояние до дачи, школы, работы и т. д. Теперь представьте, что в нескольких десятках километров от нашего «футбольного мяча» будут находиться другие, связанные с ним, «мячи» — гипотетические ядра других атомов, образующих молекулу. Таким образом, твердая материя (например, камни, лед или кости человека) представляет собой (в рамках нашего умозрительного представления) систему связанных между собой «мячей» (ядер атомов), находящихся в десятках километров друг от друга, между которыми в пустоте на огромных скоростях проносятся «песчинки» (электроны).

Это означает, что любые предметы (дерево, металл, стекло, камень и т.д.), воспринимаемые нами с помощью органов чувств как чрезвычайно твердая материя, на самом деле являются практически абсолютно «пустым» (без каких-либо материальных носителей) пространством. Для жидкостей, где атомы или молекулы взаимодействуют между собой не так сильно, как в твердых материалах, данное утверждение тем более верно. В газах молекулы и атомы находятся друг от друга на еще больших расстояниях, поэтому там, можно сказать, вообще царит «полная пустота».

— Почувствовали логику? На базе строго научных фактов строится совершенно непривычный образ окружающего мира. Тело человека, если «рассмотреть» его на молекулярном уровне, представляет собой «подвижный каркас», состоящий из атомарных ядер, находящихся на огромных расстояниях друг от друга, между которыми на «космических» скоростях проносятся облака песчинок (электронов).

Внимание!

С привычной для нас точки зрения, построенной на восприятии мира с помощью органов чувств, предметы и тела тверды и непрозрачны, а на самом деле кругом царит пустота! Масса тел сосредоточена в их микроскопических атомных ядрах.