Физика не терпит пустоты и всё пространство должно быть чем-то занято. Что именно должно занимать это якобы пустое место не совсем ясно и сама наука тут умывает руки... То ли это некая квантовая пена, то ли поля, которые почти материальны в нашем понимании.
Давайте не будем сейчас концентрироваться на этих сложных формах материи и обсудим более понятные сущности - самое обычное "вещество", состоящее из атомов и молекул без различных его причудливых форм. Сколько во Вселенной именно его, если соотносить пустоту и количество?
Тут всё интересно. На протяжении веков человечество воспринимало космос как нечто, близкое к абсолютному вакууму и в ранних работах на эту тему рассматривалось именно вещество. Действительно, по сравнению с плотностью материи на Земле, межзвездное пространство кажется невероятно разреженным.
Чтобы оценить степень разреженности космоса, предлагаю обратиться к цифрам. Средняя плотность материи в межзвездном пространстве составляет всего около одного атома водорода на кубический метр. Да, всего один крошечный атом на кубометр.
Но что же составляет эту крошечную долю материи в космосе? В основном, это атомы водорода и гелия, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва. Кроме того, в межзвездном пространстве присутствуют следы более тяжелых элементов, таких как углерод, кислород и железо, выброшенные в космос умирающими звездами. Помимо атомов, в космосе присутствует космическая пыль - микроскопические частицы, состоящие из силикатов, углерода и льда. Там могут быть сформированные атомы, а могут и отсутствовать и превалировать субатомные частицы. Эта пыль рассеивает и поглощает свет звезд, придавая межзвездным облакам причудливые формы и оттенки.
Несмотря на чрезвычайно низкую плотность, межзвездная среда играет важную роль в эволюции Вселенной. Именно из разреженного газа и пыли формируются новые звезды и галактики. Под действием гравитации эти частицы постепенно собираются вместе, образуя плотные облака, которые затем сжимаются под собственным весом и воспламеняются, рождая новые светила.
Давайте попробуем адаптировать эти цифры к чему-то "земному" и попробуем представить, а как это пощупать руками?
Проведем простой эксперимент. Раскиньте руки в стороны. Ощутите объем пространства между ладонями. Видите ли вы там что-то? Вероятно, нет. Кажется, что это пустота, не так ли? Но эта “пустота” - нечто материальное, заполненное воздухом. И эта кажущаяся пустота внутри вашей комнаты в миллиарды миллиардов раз плотнее, чем необъятные просторы космоса.
В объеме, заключенном между вашими ладонями, примерно один кубический метр воздуха. И этот кубический метр содержит около 1,225 килограмма вещества – молекул азота, кислорода и других газов, составляющих атмосферу Земли. Мы не замечаем этого веса, потому что привыкли к постоянному давлению воздуха, но он есть.
Теперь представьте себе космос, межзвездное пространство между галактиками и звездами. Какова его плотность? Циферки были приведены чуть выше. В среднем, она составляет… один атом водорода на кубический метр.
Это невероятно разреженная среда. Атом водорода, самый простой и легкий элемент во Вселенной, имеет массу всего 1,67 x 10^-27 килограмма.
В кубическом метре воздуха у вас в комнате - 1,225 кг вещества. В кубическом метре космоса - 1,67 x 10^-27 кг вещества. Разница составляет колоссальные 27 порядков величины, или 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз. Кажущаяся пустота в комнате, в которой вы сейчас находитесь, на триллионы триллионов раз плотнее, чем так называемый “пустой” космос.
Но давайте пойдем еще дальше. Представим, что мы каким-то образом смогли “расширить” этот кубический метр воздуха, который сейчас находится в ваших руках, до плотности космического пространства. Какой объем он займет?
Расчеты показывают, что он займет сферу объемом примерно 7 x 10^26 кубических метров. Получается, что тот самый “пустой” кубический метр воздуха, который вы держите в руках (хоть и мысленно), содержит в себе столько же материи, сколько содержится в половине объема звезды размером с Солнце, если эту материю равномерно распределить по космическому пространству.
Между звездами простирается невероятно разреженная, но все же существующая, материя. А есть ли "совсем пустые области"? Это уже другая история и тут полезно было бы вспомнить про пустоту Волопаса.
Не забывайте ставить лайки 👍 и подписываться на канал ✔️, если материал понравился! Так вы увидите больше интересных статей, а моему каналу это поможет развиваться.