Когда вы в последний раз задумывались об атомах? Скорее всего, не так уж часто. Мы ведь не видим их, и большинству из нас просто не о чем размышлять об атомах, кроме как на уроках по науке. Тем не менее, мир атомов — это настоящая загадка и чудо природы. Сам факт, что всё вокруг, абсолютно всё, состоит из атомов, часто остаётся в тени. Маленькие атомы объединяются между собой, и от того, как именно они соединены, зависит, что получится в итоге: далекая туманность, вкусный тако или даже Тейлор Свифт. Причём атомы во всех этих объектах почти одинаковы! Это действительно удивительно. Давайте разберёмся подробнее.
Толщина человеческого волоса — это примерно 500 000 атомов
Если вы хотите описать что-то очень маленькое, иногда используют выражение «толщина волоса». Волос и правда тонкий — по сравнению с верёвкой или рукой. Но если сравнить его с атомом, он уже не кажется таким узким.
В среднем человеческий волос состоит из 500 000 атомов в поперечнике. В 2004 году учёные создали первый микроскоп, который мог чётко видеть объекты с разрешением 0,6 ангстрема. Ангстрем — это минимальная длина волны света, а человеческий волос примерно в 500 000 раз толще. Ведь диаметр среднего атома составляет около одного ангстрема. В зависимости от типа волоса, это число может колебаться от 300 000 до миллиона атомов.
В теле человека больше атомов, чем звёзд во Вселенной
Если всего в одном волосе сотни тысяч атомов, то сколько же их во всём человеческом теле? Ответ прост: очень много. На самом деле, в человеческом организме больше атомов, чем звёзд во всей Вселенной. Только представьте: вы буквально «больше» Вселенной — по крайней мере, по количеству атомов!
Большинство ваших атомов — это углерод, кислород, водород и азот. Они составляют примерно 96% тела, остальное — кальций, магний, медь, золото и другие элементы. Что же значат все эти числа? По оценкам, во Вселенной около 200 миллиардов триллионов звёзд. Эта цифра настолько огромна, что трудно даже представить её масштаб.
По оценкам, в теле одного человека содержится около 10^27 атомов — это 1 октиллион. Некоторые учёные считают, что цифра может доходить до 6,5 октиллионов. Ваши атомы не статичны: они постоянно приходят и уходят — вы их вдыхаете, выдыхаете, поглощаете с пищей, выводите с отходами. Считается, что каждый из нас содержит атомы, которые когда-то были в каждом человеке, когда-либо жившем на Земле. Также возможно, что в вашем организме есть атомы от каждого выдоха каждого человека в истории.
Атом в тысячи раз больше своего ядра
Так как атомы невероятно малы, нам трудно представить их масштаб и роль в повседневной жизни. Но если задуматься, всё становится очень интересным. В каждом атоме есть ядро, где находятся протоны и нейтроны, вокруг ядра летают электроны.
Хотя атомы малы, их ядра — ещё меньше. Насколько меньше? Если увеличить атом до размера стадиона, то ядро будет размером с ягоду черники. Другой пример: если атом — это бейсбольный стадион, то ядро — это мяч для настольного тенниса.
Если говорить точнее, атом примерно в 100 000 раз больше своего ядра.
Вероятно, вы делите до 200 миллиардов атомов с Уильямом Шекспиром
Ранее мы говорили, что вы делите атомы с каждым, кто когда-либо жил. Давайте рассмотрим этот факт подробнее. Шекспир часто становится символом этой идеи: возможно, вы делите с ним не только воздух, но и атомы углерода.
Путь атома от рождения в звезде, путешествия в составе кометы, рассеивания по планете и прохождения через множество форм жизни занимает миллионы лет. Можно с уверенностью сказать, что какой-то атом углерода мог оказаться в кусочке курицы или бутерброда, который ел Шекспир, а затем попасть и к вам.
Некоторые учёные считают, что вы делите с ним не просто пару атомов, а целых 200 миллиардов! Воздух, которым он дышал, теперь у вас в лёгких, его пот превратился в воду, которую вы пьёте, и так далее. Шекспир — лишь пример. То же самое верно для любого человека в истории.
98% ваших атомов обновляются каждый год
Вас составляют триллионы атомов, и на уровне атомов вы очень «занятый» человек. Ваши атомы постоянно обновляются. Это касается не только воздуха, которым вы дышите, но и всего остального.
Ваш организм постоянно строит новые клетки. Вы теряете мёртвую кожу, растут новые волосы, вы потеете, мочитесь и выводите отходы. Всё время вы теряете и создаёте себя заново: кровь, кости, всё. Каждый год вы обновляете 98% своих атомов. Даже половина атомов углерода в ваших костях заменяется каждые пару месяцев.
Этот постоянный цикл обновления атомов связывает нас с людьми прошлого. Если у вас 6 октиллионов атомов, и 98% из них обновляется ежегодно, то это 5,88 октиллионов новых атомов в год. Они поступают к вам от других людей и окружающей среды.
Потеря веса происходит, когда вы выдыхаете атомы углерода
Современная индустрия похудения огромна, но мало кто рассказывает, что происходит на атомном уровне. Чтобы похудеть, вы должны избавиться от массы. Куда уходит масса, когда вы худеете? Множество атомов покидает ваш организм.
Когда вы худеете, атомы покидают тело в виде углекислого газа через дыхание. Физические нагрузки разрушают связи в молекулах жира. На атомном уровне жир превращается в углекислый газ, который вы выдыхаете. Именно поэтому тренеры советуют правильно дышать — так из тела уходит жир.
Жир в организме хранится в виде триглицеридов, состоящих в основном из водорода, кислорода и углерода. Одна пятая их превращается в воду, которую вы выводите с потом и мочой. Остальные четыре пятых становятся углекислым газом.
Если вы сбросили 4,5 кг, то примерно 0,7 кг ушло с водой, которую можно быстро восстановить. Но 3,8 кг вы выдохнули, и вернуть их можно только, если снова накопить жир через питание.
Графен — это материал толщиной в один атом и невероятно прочный
Пока речь шла о большом количестве атомов, пришло время рассказать о графене. Это материал, который состоит всего из одного слоя атомов. О нём часто пишут в научных новостях: многие уверены, что графен — материал будущего.
Учёные смогли создать из графена «шарик», который удерживал газы, несмотря на толщину всего в один атом. Зная, сколько атомов в волосе и насколько волос прочен, трудно поверить, что слой толщиной в один атом может быть настолько прочным.
Листы графена толщиной в один атом уже называют сверхматериалом завтрашнего дня. Он прочнее алмаза, проводит электричество лучше золота и может применяться в электронике и строительстве. Сейчас производство графена трудоёмкое и дорогое. Но, возможно, скоро этот материал станет основой для многих технологий, и тогда мы увидим, на что способен один атом углерода.
Только половина ваших атомов из этой галактики
На этом удивительные факты об атомах вашего тела не заканчиваются. Ваши атомы когда-то были частью других людей, но всё не ограничивается только нашей планетой.
Многие атомы вашего организма пришли не только с Земли, но и из других галактик. Около половины всех ваших атомов попали в Млечный Путь из других галактик. Получается, вы уже преодолели расстояния дальше, чем любой капитан звездолёта из фантастических фильмов.
Сверхновые выбрасывают огромные количества вещества в космос. Эти атомы втягиваются в соседние галактики, а затем — в нашу, в солнечную систему, на Землю и, наконец, в ваши клетки.
Оценка числа атомов во Вселенной — это число, о котором вы никогда не слышали
Речь уже шла о больших числах, но теперь давайте перейдём к самой грандиозной оценке. Сколько всего атомов во Вселенной?
Это очень примерные подсчёты, но всё же интересно узнать. По расчётам учёных, во всей наблюдаемой Вселенной может быть от десяти квадриллионов вигинтиллионов до ста тысяч квадриллионов вигинтиллионов атомов. В числовом выражении это от 10^78 до 10^82 атомов. Это единица и 82 нуля! Такие числа сложно даже осмыслить, не говоря уже о том, чтобы произнести их название.
Всю человечество можно сжать до размера сахарного кубика, если убрать пустоту в атомах
Представьте человека весом 90 кг и ростом 188 см. Мы уже знаем, что его тело состоит примерно из 6 октиллионов атомов. Кажется, это много, но помните: каждый атом внутри почти полностью состоит из пустоты.
Ядро атома по сравнению с самим атомом — как маленькая точка в большом пространстве. Есть пустота и между атомами в молекулах, и между молекулами в любой материи. Даже самые плотные вещества в мире на 99,9999999% состоят из пустоты.
Сейчас на планете живёт 8 миллиардов людей. Если бы каким-то образом убрать всю пустоту внутри атомов каждого из нас, то всё человечество можно было бы уместить в объёме одного сахарного кубика!
Конечно, этот «кубик» был бы невероятно тяжёлым. Он содержал бы всю массу человечества, но занимал бы крошечное пространство. Поэтому, несмотря на всю нашу плотность, мы скорее невесомы и почти незаметны на фоне бесконечной Вселенной.
