Большой взрыв, диффузия, черная дыра: мир научных открытий — как книга сказок, только тут всё по-настоящему. Мы приготовили парочку историй из книги «Алиса в стране наук» о физических и природных явлениях, которые будет интересно и слушать, и рассказывать. И детям, и взрослым. Например, вы знали, что у человека может вырасти хвост? Читайте — узнаете не только это.
Как расширяется Вселенная
В начале 20-х годов прошлого века два математика обнаружили, что Вселенная не может оставаться в покое. Она непременно должна сжиматься, расширяться или рождать материю из ничего. Теорию не восприняли всерьез: решили, что математики что-то напутали. Но в 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл установил, что звезды, планеты и галактики «разлетаются» в разные стороны и удаляются друг от друга. Общее пространство Вселенной увеличивается, и, значит, она в самом деле расширяется.
Но если это так, то что происходило раньше? Когда-то Вселенная была всего лишь точкой: её плотность была бесконечно велика, а все галактики, звезды и кометы — совершенно неразличимы. Никто не знает, как жили звёзды в таком сжатом пространстве. Зато стало понятно, что произошло после — Большой взрыв. После него образовалась плотная раскаленная материя, которая остыла и стала почти прозрачной. Из нее и получились элементарные частицы, атомы и все остальное.
Что такое диффузия
Так уж устроено в мире: если что-то где-то есть, то постепенно оно распространится везде. Речь о диффузии, с которой мы сталкиваемся постоянно. Так перчинки витают от перечницы до нашего носа: их подхватывает обычный сквозняк. А если рядом нет ветра, может ли запах духов перейти из одной комнаты в другую? Оказывается, да. Это явление называется броуновским движением. Оно названо в честь Роберта Брауна, который в 1827 году описал, как ведут себя частицы цветочной пыльцы в воде.
Намного позже, в 1905 году, Альберт Эйнштейн объяснил, почему пыльца распределяется в жидкости. Он установил, что жидкость состоит из невидимых нам молекул, которые совершают тепловые колебания. Молекулы воды гораздо меньше по размеру, чем частицы пыльцы. Но энергия тепловых колебаний позволяет им давать внушительные «пинки» огромным частицам.
Вам не видно игроков, и кажется, что мяч хаотично прыгает. Один игрок бросает его в нужном направлении, другой — как получится. Со временем мячик может «ускакать» куда угодно. Именно в таком положении и оказываются частицы пыльцы, когда их с разных сторон подталкивают молекулы воды. То же самое с духами: только «пинки» раздают уже молекулы воздуха. Так, медленно, но верно, происходит диффузия.
Почему у нас может вырасти хвост
Когда-то давно у наших предков были другие признаки и органы, которые затем утратили свое значение. Такова эволюция: «ненужные» части тела исчезают или меняют функцию. Например, у питонов сохраняются остатки задних конечностей, которые он не использует. Эти «ненужные» органы называются рудиментами.
Правда, иногда признаки наших далеких предков вдруг снова появляются: младенцы рождаются с небольшим хвостом или густой шерстью. Почему же так происходит?
Дело в том, что все наши признаки «записаны в генах». Ген — это длинный участок молекулы ДНК, на котором в строго определенном порядке чередуются «буквы» генетического кода — нуклеотиды. «Запись о хвосте» хранится у человека на определенном участке ДНК, но обычно не считывается: её строго стерегут специальные белки-репрессоры. Тут-то и может произойти ошибка: иногда «неисправный» репрессор перестает блокировать нужный участок ДНК.
«Запись о хвосте» считывается, и признаки наших далеких предков, которые казались безвозвратно утраченными, иногда появляются снова.
Метаморфозы в природе
Природа удивительна: в ней постоянно происходят превращения — метаморфозы. Например, из икринки лягушки развивается головастик, а гусеница становится яркой бабочкой.
У некоторых насекомых превращения настолько сложные, что занимают несколько месяцев. Например, бескрылый жук-майка откладывает яйца, из которых появляются маленькие подвижные желтые личинки. Они карабкаются на растущие рядом соцветия одуванчика, ромашки или крестовника. Стоит насекомому — мухе, шмелю или пчеле — сесть на цветы, как несколько маленьких личинок немедленно цепляются за него своими коготками на лапках. Если повезет, «транспортным средством» окажется пчела антофора. На ней личинки попадают в гнездо, где есть запасы пищи и отложенное яйцо. Жадная личинка съедает яйцо хозяйки, вскрыв его острыми челюстями: это ее единственная пища до первой линьки.
После линьки личинка становится малоподвижна и слепа. Её челюсти похожи на «ложки» для зачерпывания меда, на поверхности которого она теперь плавает. Осенью личинка переживает второе превращение: образуется ложная куколка. Весной из нее выводится не взрослое насекомое, и на короткое время майка снова становится похожа на вторую личинку. Затем она, наконец, окукливается, чтобы превратиться во взрослого жука-майку. Вот такие сложные метаморфозы.
Что такое чёрная дыра
Черная дыра — самый странный массивный космический объект. Световой луч внутри черной дыры замыкается: если вы включите карманный фонарик, то осветите свою же спину.
Самое опасное — попасть внутрь черной дыры. Во-первых, то, что происходит в ней, отделено от Вселенной воображаемой поверхностью — горизонтом событий. Если вы «провалитесь» за горизонт, то никогда не сможете выбраться оттуда. Во-вторых, время рядом с черной дырой будет идти по-разному: для того, кто в неё падает (назовём его Путник), и для того, кто наблюдает за этим падением (Наблюдатель). Наблюдатель видит, что Путник приближается к горизонту событий, и все его движения замедляются. Физиологические процессы Путника тоже постепенно останавливаются, и он, не дыша, навеки замирает на горизонте событий.
Но сам Путник смотрит на дело совсем иначе. Он чувствует, что падает все быстрее и быстрее. И по мере того, как его скорость возрастает, он видит, что часы Наблюдателя и физиологические процессы замедляются — и он скрывается за горизонтом событий.
Не все научные явления легко объяснить. Иногда это затруднительно даже для экспертов, особенно если слушатели — дети. Не отступайте: читайте книги, гуглите, рассказывайте о волшебных превращениях гусениц в бабочек и невероятной Вселенной. И, возможно, ваш маленький слушатель превратится в большого ученого.
По материалам книги «Алиса в стране наук»
Обложка поста: theplaidzebra
