Насколько на самом деле пусто космическое пространство
Космос называют пустотой, но «пустой» — это не значит «ничего». Разбираемся, сколько на самом деле атомов летает между звёздами, почему лучший вакуум на Земле проигрывает межгалактическому пространству и при чём тут пылинка в гигантском соборе.
Когда говорят «пустота космоса», ты представляешь абсолютное ничто. Но между звёздами всё-таки что-то летает — просто этого очень мало. Насколько мало? Настолько, что лучший вакуум, который люди умеют создать на Земле, по сравнению с межгалактическим пространством — это переполненный вагон метро в час пик.
Что вообще значит «пусто»
Сначала договоримся, что мы измеряем. Когда физики спорят, пусто пространство или нет, они считают сколько частиц помещается в кубический сантиметр — это объём примерно с напёрсток. В воздухе, которым ты дышишь, в таком напёрстке болтается около 10 в 19-й степени молекул — это единица с девятнадцатью нулями. Невообразимая толпа.
А теперь спустимся в самый глубокий вакуум, который человечество умеет делать в лаборатории. В сверхвысоковакуумных установках остаётся примерно сотня тысяч частиц в том же напёрстке. Звучит как «почти пусто»? По земным меркам — да. Но космос смеётся над этой цифрой.
Между звёздами: разреженный туман
Пространство внутри нашей Галактики не идеально чистое — его заполняет межзвёздная среда: газ (в основном водород) и пыль. Но плотность этого «тумана» крошечная. В среднем там около одного атома на кубический сантиметр. Один атом в напёрстке против десяти миллиардов миллиардов в воздухе.
Чтобы почувствовать масштаб, представь так: возьми весь воздух из обычной комнаты и растяни его равномерно на объём целой планеты. Вот примерно такая «густота» царит между звёздами. И всё же это не ноль — атомы там есть, они сталкиваются, светятся, из них со временем рождаются новые звёзды.
Космос не пустой. Он невероятно разреженный — а это совсем другое дело.
Между галактиками: вот где настоящая пустота
Если межзвёздная среда кажется тебе пустой, то межгалактическое пространство — это пустота в квадрате. В пустотах между скоплениями галактик плотность падает до примерно одного атома на кубический метр, а в самых обширных «провалах» Вселенной — и того меньше.
Вдумайся: один атом на целый кубический метр — это объём со стиральную машину, в котором летает всего одна-единственная частица. Никакая земная лаборатория и близко не приближается к такой разреженности. Самый совершенный искусственный вакуум по сравнению с межгалактической пустотой — это плотная толпа.
- Воздух у поверхности Земли: ~10 в 19-й степени частиц в кубическом сантиметре.
- Лучший лабораторный вакуум: около ста тысяч частиц в кубическом сантиметре.
- Межзвёздная среда: примерно один атом в кубическом сантиметре.
- Межгалактическая пустота: около одного атома в кубическом метре.
Аналогия, которая всё расставляет по местам
Представь огромный готический собор — высоченные своды, гулкое эхо, простор. А теперь подвесь где-то под потолком одну-единственную пылинку. Вот настолько «занято» вещество в космосе. Атомы есть, но они так чудовищно далеко друг от друга, что почти всё пространство между ними — действительно ничто.
Та же история и с самой материей во Вселенной. Если присмотреться к атому, окажется, что он тоже почти пустой: крошечное плотное ядро и облако электронов вокруг, а между ними — гигантские по атомным меркам расстояния. Так что пустота прячется не только между галактиками, но и внутри каждого предмета вокруг тебя — включая твою собственную руку.
Так пусто или нет?
Получается двойной ответ. Да, космос — самое пустое место, какое мы знаем: ни одна машина на Земле не способна вычистить пространство так чисто, как это сделала сама природа между галактиками. И нет, он не абсолютно пуст: даже в самых глухих пустотах летают отдельные атомы, проносятся частицы света, пронизывает реликтовое излучение — слабое эхо Большого взрыва, которое заполняет всю Вселенную целиком.
Идеального «ничто» физики так нигде и не нашли. Космос не пустой — он просто невероятно разреженный. И, пожалуй, именно это делает его таким завораживающим: в океане почти полной пустоты редкие атомы умудряются собираться вместе, зажигать звёзды и в итоге — собирать тебя, читающего эти строки.