Астрономия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - читать онлайн книгу. Автор: Александр Никонов cтр.№ 13

Теперь понятно, почему не всегда маленькое тело входит в соприкосновение с большим, хотя они и тяготеют друг к другу?

Так вот, с электронами все совсем не так! И дело тут в особых свойствах микромира, которые вовсе не напоминают свойства макромира. Подробнее об этом написано в книге «Физика на пальцах», и я рекомендую вам ее купить и с удовольствием прочесть. А здесь я вынужден без долгих объяснений ограничиться краткой констатацией факта: электрон далеко не всегда ведет себя как маленькая частичка, то есть как крохотный заряженный шарик, каким его обычно рисуют в учебниках и книгах!

И это касается всех микрочастиц.

Когда микрочастица попадает куда-то, например, электрон, выпущенный из специальной электронной пушки летит внутри вакуумной трубки, из которой откачан воздух (чтоб не мешался), а потом ударяется в препятствие – скажем, в противоположный конец запаянной вакуумной трубки – он стукается в него в одной конкретной точке, соответствующей размеру электрончика. Если противоположный конец вакуумной трубки превратить в экран, намазав его специальным веществом, которое может светиться после удара электрона, то мы увидим, что после попадания в экран электрончика, на экране засветится одна точка.

Но когда электрон находится в полете, про него нельзя сказать, что это микрочастица и что он летит с определенной скоростью по определенной траектории, занимая в каждый момент времени определенное место! Нет! Пока электрон не «прореагировал» с другой микрочастицей, например с частицей экрана, он частицей не является. Он является волной, туманным облачком вероятности, он нигде не локализован, не сосредоточен, то есть занимает гигантский (по сравнению с его локальным размером) объем.

Понять это с налету непросто, потому что очень непривычно. Как это – электрон является волной? А вот так – является, и все тут! К этому нужно просто привыкнуть, и тогда возникнет иллюзия понимания: когда электрон находится в свободном полете, он волна и занимает большой объем. А когда шибанулся обо что-то – частица. И это касается не только электрона, но и любого другого объекта микромира. Повторюсь: подробнее об этих интригующих тайнах мироздания вы можете прочесть в вышеупомянутой книге.

Итак, отчего же электрон, мощно притягиваясь к протону, не падает на него? Да потому что летящий электрон, как мы выяснили, занимает огромный объем, это, по сути, целое электронное облако. Волнующееся облачко электронного тумана. И это облачко гораздо больше, чем ядро атома. Потому оно в него и не помещается, а находится вокруг ядра, максимально к нему притянувшись.

Странно, правда? Ранее мы писали, что электрон в тысячи раз мельче и легче протона. И это было правдой. А теперь мы узнали, что электрон во много-много раз больше протона. И это тоже правда. Таковы чудеса микромира. Когда электрончик локализован, воткнулся куда-то, про него можно сказать: это крохотная частица такого-то малюсенького размера. А если он в свободном полете, это сильно размазанная по пространству волна, которая занимает огромный объем, и электрон одновременно находится во всем этом объеме. Поэтому электронное облачко и сосредоточено вокруг протона.

И здесь хотел бы я написать, что нет такой силы, которая могла бы втиснуть электронное облачко в протон… Но не могу! Не могу я так написать! Это будет нечестно. Потому что в нашей Вселенной иногда встречаются отдельные места, где подобный кошмар происходит. Это ад просто, что творится в таких местах! Приготовьтесь к жуткому рассказу, и надеюсь, что вы читаете эту книгу не темной ночью, а ясным днем, когда страхи не так сильно овладевают маленьким детским тельцем.

Короче, места такие называются нейтронными звездами. Это довольно тяжелые, массивные звезды, в конце жизненного цикла они постепенно гаснут, израсходовав топливо, их температура, то есть скорость частиц горячего газа падает, и частицы, которые ранее мельтешили, как безумные, расталкивая друг друга, начинают под действием гравитации стремиться к центру тяжести, то есть к центру звезды. Звезда обваливается сама в себя, все более уплотняясь. Раньше она была огромна и простиралась в пространстве на десятки тысяч километров. А схлопнувшись, стала шариком размером в какой-то десяток километров в диаметре! Это происходит из-за огромной массы звезды. Она столь массивна, что ее гравитационные силы необыкновенно велики. Они просто чудовищны! Они чудовищны настолько, что начинают буквально загонять электроны в протоны.

И знаете, что получается, если электрон гравитационным прессом невероятной силы затолкать в протон? Получится нейтрон! Нейтральная частица, в которой отрицательный заряд электрона скомпенсирован положительным зарядом протона.

И тогда выходит, что вся огромная звезда состоит не из привычного нам вещества – водорода, гелия и других химических элементов, которые успели наработаться в звезде в результате ядерных реакций, а из одних нейтронов. Потому и называется нейтронной.

Это очень странная звезда! По сути, не звезда уже, а гигантское атомное ядро без протонов. Сплошной нейтронный комок. Плотность этой звезды равна плотности атомного ядра. А, между прочим, плотность ядра огромна, она в 100 миллионов раз выше плотности обычного вещества! Один кубический сантиметрик такого вещества, окажись он на Земле, весил бы 150 миллионов тонн!

Это удивительно, не правда ли? И можно даже спросить: а откуда ж такая плотность вещества? Почему ядерное вещество, то есть ядра атомов такие плотные, а обычное вещество, в которых эти ядра тоже есть, не такое тяжелое?

Да потому что обычное вещество практически пусто внутри! Вся тяжесть привычного нам вещества, состоящего из атомов, сосредоточена в атомных ядрах. Ядра эти занимают совсем мало места по сравнению с размером атома. А электроны, которые, словно облачка, парят вокруг ядер, практически ничего не весят и находятся довольно далеко от ядер. Если атомное ядро увеличить до размеров футбольного мяча, то сам атом будет размером со стадион. Размер атома – это диаметр его крайних электронных орбит, а они расположены довольно далеко от ядра.

То есть атом внутри, как я уже сказал, практически пуст. Есть капелюшечка плотного вещества (протоны и нейтроны) в самом центре, а вокруг – размазанная облачком микроскопическая электронная масса.

Вещество нашего мира, из которого мы состоим и которое нас окружает, внутри почти пустое, поэтому оно привычной нам плотности. А вот ядерное вещество из сбитых вплотную друг к другу нейтронов и протонов, не «разбавленное» шубой электронов, очень плотное!

И вот теперь, маленько разобравшись с микромиром и его обитателями, мы должны приступить к прояснению главного вопроса, коему и посвящена данная глава – о том, откуда взялись во Вселенной химические элементы, из которых строится жизнь.

Мы еще поговорим о том, откуда взялась сама Вселенная, а сейчас просто констатируем факт, который уже упоминали – в ранней горячей Вселенной поначалу существовали только элементарные частицы. Встречаясь с протонами, электрончики притягивались к ним, образуя простейшее химическое вещество – водород. Иногда к протону ласково пристраивался пронырливый нейтрон. В этом нет ничего удивительного, поскольку нейтрон электронейтрален и не отталкивается от протона, а значит, легко может войти с ним в соприкосновение и сцепиться при помощи сильного взаимодействия (ядерные силы).