Атомы — невероятно маленькие штуки.
Человеческий волос имеет толщину в примерно 500 000 атомов углерода.
Посмотрите на свой кулак; он состоит из триллионов и триллионов атомов.
Если бы каждый атом был размером в пару сантиметров,
какого размера был бы ваш кулак?
Размером с Землю. Всё ещё трудно представить?
Давайте попробуем по-другому.
Посмотрите на свой мизинец и представьте,
что он размером с комнату, в которой вы сидите.
Заполните комнату рисом; каждое зёрнышко — это одна клетка кончика вашего мизинца.
Увеличим одно зёрнышко; теперь одна клетка имеет размер с вашу комнату.
Давайте снова заполним комнату рисом. Это примерно размер белка́.
Теперь давайте заполним всё пространство между зёрнышками мелким песком.
Примерно такой размер имеют атомы.
Из чего же сделаны атомы?
Давайте для простоты будем считать, будто атомы выглядят вот так.
Атомы состоят из трёх элементарных частиц: нейтронов, протонов и электронов.
Протоны и нейтроны образуют атомное ядро,
которое держится на сильном взаимодействии —
одной из четырёх фундаментальных сил во Вселенной.
Они состоят из кварков и скреплены глюонами.
Никто не знает, какого размера кварки на самом деле.
Мы думаем, что они могут буквально быть геометрическими точками.
Представляйте, что они нуль-мерные.
Мы подозреваем, что кварки и электроны —
фундаментальные частицы материи во Вселенной.
Электроны обращаются вокруг атомного ядра со скоростью около 2 200 км/с,
что достаточно, чтобы облететь Землю за чуть больше 18 секунд.
Как и кварки, электроны считаются фундаментальными частицами.
99,999999999999%
объёма атома — пустое пространство. Только не совсем пустое.
То, что мы считаем пустотой, на самом деле заполнено квантовыми колебаниями —
полями с потенциальной энергией, спонтанно образующимися и исчезающими.
Эти колебания напрямую влияют на взаимодействие заряженных частиц.
Но об этом — в другом видео.
Сколько пространства занимают ядро и электроны?
Если удалить всё межъядерное пространство из Эмпайр-стейт-билдинга,
он будет размером с рисовое зёрнышко. А все атомы людей уместятся в чайной ложке.
Существуют экстремальные объекты, где такие состояния на самом деле встречаются.
В нейтронных звёздах атомные ядра расположены так плотно,
что масса трёх Солнц умещается в объекте размером в несколько километров.
Кстати, а как атомы выглядят?
Ну… примерно так.
Электроны одновременно похожи на волновые функции и частицы:
можно посчитать, где электрон может находиться в каждый момент времени.
Эти облака вероятностей — орбитали — показывают, где электрон может быть
с вероятностью 95%.
Вероятность найти электрон стремится к нулю по мере отдаления от ядра,
но она никогда не равна нулю, а значит,
теоретически, электрон может быть на другой стороне Вселенной от атома.
Хорошо, постойте. Из этих странных штуковин состоит вся материя Вселенной.
Для десятков известных элементов не нужны десятки элементарных частиц, лишь три.
Возьмите один протон и один электрон, и у вас получится водород.
Добавьте протон и нейтрон — у вас получился гелий.
Добавьте ещё немного — углерод, ещё немного — фтор, ещё больше — золото.
И так далее.
Все атомы элемента одинаковы:
например, все атомы водорода одинаковы,
водород в вашем теле — такой же, как и внутри Солнца.
Вы запутались? А мы запутались.
При таких размерах не понятно ничего,
а мы даже не начинали говорить о квантовой механике или зоопарке частиц,
что ещё страннее.
Наша модель атома менялась несколько раз с её создания,
и современная модель, разумеется, не станет последней.
Так что давайте поддержим учёных и исследователей
и будем ждать следующей волны ошеломляющей информации
об этом странном мире, представляющем собой основу нашего существования.