Читать «Космическое путешествие» онлайн

Маркус, подмигивая Марианне.

Затем они жадно набросились на еду, самую вкусную за несколько недель. Или за 65 миллионов лет?

КОНЕЦ

Факты и фантазия

1. Протоны, нейтроны и электроны формируют атомы и всю материю

Всё, что окружает нас на Земле, состоит из крошечных шариков, которые называются атомами: воздух, вода, земля, металлы, пластмасса, растения, животные… словом, ВСЁ. В природе насчитывается чуть больше сотни различных видов атомов, но они могут составлять огромное количество комбинаций, и поэтому существует так много разных материалов и предметов. Когда атомы «склеиваются», образуются так называемые молекулы. У атомного «клея» есть более благозвучное название — химическое соединение. Величина атома не больше одной десятой миллионной доли миллиметра. На создание одного грамма идёт несколько тысяч миллиардов миллиардов атомов (тысяча миллиардов миллиардов — единица с 21 нулём, что в математике обозначают как 1021).

Модель атома кислорода с ядром, состоящим из 8 протонов (синего цвета) и 8 нейтронов (красного цвета). Вокруг ядра по двум оболочкам вращаются 8 электронов (зелёного цвета), причём на внутренней оболочке только 2 электрона.

Атомы состоят из атомного ядра и электронов, которые вращаются вокруг атомного ядра по разным орбитам, примерно как планеты вращаются вокруг Солнца. Атомное ядро, в свою очередь, состоит из протонов и нейтронов. От количества протонов зависит вид атома. Самым маленьким и простейшим является атом водорода, который состоит только из одного протона и одного электрона. Другой очень важный для жизни на Земле атом — атом кислорода. Его атомное ядро состоит из восьми протонов и восьми нейтронов; вокруг ядра вращаются восемь электронов. Вода, например, состоит из молекул воды, которые представляют собой два атома водорода и один атом кислорода, «склеившихся» вместе.

Как сказал дядя Альберт, протоны имеют положительный заряд, электроны — отрицательный, а нейтроны электрически нейтральны. Атом всегда состоит из одинакового количества протонов и электронов и поэтому совершенно нейтрален. Но иногда атом может потерять один электрон или взять электрон у другого атома. Такой атом получает заряд и называется ионом.

2. Антипротоны и прочая антиматерия

Наряду с частицами существуют и античастицы. Каждой частице соответствует своя античастица: у протона есть антипротон, у нейтрона — антинейтрон, а античастица электрона зовётся позитроном. Частица и её античастица весят совершенно одинаково и обладают ещё целым рядом абсолютно одинаковых свойств, но у них противоположные заряды. Это значит, что антипротон несёт отрицательный заряд, а позитрон положительный. Если частица и соответствующая ей античастица вступают друг с другом в контакт, они уничтожаются, и вся энергия, скопившаяся в их массе, высвобождается согласно знаменитой формуле Альберта Эйнштейна E=mc2, где Е — получаемая нами энергия, m — масса, а с — скорость света. В принципе антипротоны могли быть идеальным ракетным топливом вместе с протонами, которые легко получить из водорода (убрав единственный электрон). Но на практике получить большее количество антипротонов крайне трудно. К тому же их надо хранить так, чтобы они не могли взаимодействовать с протонами до поступления в ракетный двигатель.

В космосе летает большое количество античастиц (хотя их намного меньше, чем обычных частиц), и их можно получить в физических лабораториях частиц, таких как ЦЕРН. В лабораториях их получают так, как делает дядя Альберт: протонам придают очень высокую скорость в ускорителях частиц, что соответствует высокой энергии, а затем дают им возможность столкнуться с чем-либо. Тогда путём преобразования формулы Эйнштейна E=mc2 можно создать антипротоны, но это очень неэффективный способ. Для получения одного антипротона требуются десятки тысяч протонов.

3. Относительное время — дилатация времени

В действительности время идёт с разной скоростью в зависимости от скорости вашего передвижения. Время идёт быстрее всего, если вы совершенно неподвижны. Тогда часы идут точно так, как мы привыкли. Но там, где что-то движется по-настоящему быстро, время идёт медленнее. Разница становится заметной, если скорости приближаются к скорости света. А при самой скорости света, 300 000 км/с, время полностью стоит на месте. Даже в ракетах, которые облетают Землю со скоростью 8 км/с, разница практически не заметна. Её могут показать только невероятно точные часы. В целом ничто не может двигаться быстрее света — невозможно создать ракету, которая летала бы быстрее света.

Часы зелёного человечка в космической ракете идут медленнее, чем часы красного человечка на Земле.

Если уж быть по-настоящему точным, дело обстоит так. Если ты с большой скоростью проезжаешь мимо меня, я вижу, что твои часы идут медленнее моих. Но тебе кажется, что по сравнению с тобой это я передвигаюсь с большой скоростью, и ты видишь, что мои часы идут медленнее твоих, то есть наоборот. Нет ни «правильного», ни «неправильного» времени, просто время идёт с различной скоростью, когда определяешь его по предметам, которые движутся мимо нас с различной скоростью. Это не часы идут медленнее по какой-то технической причине, а само время идёт медленнее. Сердце бьётся медленнее, люди стареют медленнее. Разница в скорости времени называется красивым словом дилатация времени.

Но если дядя Альберт удаляется с большой скоростью от Земли, он видит, что время на Земле идёт медленнее, чем его время. Одновременно те, кто находится на Земле, видят, что их часы идут быстрее, чем у дяди Альберта. Что тогда будет, когда он вернётся обратно? Кто больше состарится? Между дядей Альбертом и теми, кто на Земле, есть существенная разница: дядя Альберт меняет свою скорость, когда он постепенно разворачивается и летит обратно. По этой причине его часы шли медленнее всех, и когда он снова приземлится, они покажут, что прошло минимум времени. Дядя Альберт может полететь в космос на своём космическом корабле и провести в нём несколько недель, но, когда он вернётся обратно, на Земле пройдёт тысяча лет. Это не фантазия, а факты. Но создание ракеты, которая сможет перемещаться с нужной для этого скоростью, пока что из области фантастики.

Разве не странно, что в разных местах разное время? С непривычки это может показаться странным. Но такова действительность. Понять что-то — в определённой степени значит привыкнуть. По нашему мнению, мы понимаем, что Земля имеет силу тяжести и что мячи, которые мы бросаем вверх, снова летят вниз, поскольку мы к этому привыкли. Но понять, почему сила тяжести