Świat wielkości fizycznych, czyli co jest we Wszechświecie małe a

Świat wielkości fizycznych, czyli co jest we Wszechświecie
małe a co duże
Czas i przestrzeń — dwie podstawowe kategorie świata, w którym żyjemy. Co to jest czas? Co to jest
przestrzeń? Fundamentalne pytania. Pytania, na które można otrzymać różne odpowiedzi, choć
każdy intuicyjnie czuje, czym jest czas i czym jest przestrzeń. "Wszystko płynie", "Nigdy dwa razy nie
wchodzisz do tej samej rzeki" — mówią starożytni filozofowie, myśląc o zmienności życia
zanurzonego w czasie.
Czas jest to "gęsty i ciągły zbiór chwil" — mówi Wielka Encyklopedia PWN. A czym jest chwila? A
przestrzeń… Coś, co nas otacza, coś, co ma trzy kierunki wzajemnie prostopadłe. Musimy się
pogodzić z naszą nieudolnością, nie potrafimy odpowiedzieć w sposób zadowalający, czym jest czas i
przestrzeń. Znacznie łatwiej mierzyć czas i odległość, trzeba tylko wybrać miarkę. Miarą odległości
może być długość stopy, długość przedramienia (łokieć), może być długość kroku. Ze względu na to,
że miary te są bardzo indywidualne, przez to niewygodne w użyciu, przyjęto za jednostkę uważać
długość pewnej sztaby. Umieszczono ją w laboratorium w Sevres pod Paryżem. Długość tę nazwano
jednym metrem. (Obecnie wzorzec jednego metra definiuje się jako drogę, którą przebywa światło w
próżni w czasie
sekundy.) Miarą czasu natomiast jest okres, jaki upływa między dwoma
periodycznymi zdarzeniami. Na przykład takimi periodycznymi zdarzeniami są kwitnienia jabłoni,
przyloty ptaków, pełnia Księżyca, ruch wahadła w zegarze. Aby zmierzyć czas lub podać czas, jaki
upłynął od jakiegoś zdarzenia, przyrównujemy go do czegoś, co odbywa się periodycznie. Jednostką
powszechnie używaną (i obowiązującą w układzie SI) jest jedna sekunda. Do 1967 r. była ona
zdefiniowana jako
doby słonecznej.
Taka definicja wykorzystywała zjawiska astronomiczne. Obecnie definiuje się ją poprzez zjawiska
zachodzące wewnątrz atomu.
Fizyk mierzy czas i odległość oraz jeszcze jedną wielkość ściśle z nimi związaną — prędkość,
mówiącą o tym, jak szybko odległość zmienia się w czasie. Oceń rozmiary ziarnka piasku i porównaj
z rozmiarami kilkuletniej topoli. Ależ to absurd, ziarnko jest nieporównywalnie małe z dużym
drzewem! No tak, ale wystarczy porównać rozmiary tego ziarnka z rozmiarami wirusa, a rozmiary
wirusa z rozmiarami atomu. Widzisz już, że trzeba być bardzo ostrożnym z oceną, co jest duże, a co
małe.
Bardzo trudno wyobrazić sobie obiekty najmniejsze, jakimi zajmuje się fizyka, i największe — bo
umykają one naszemu codziennemu doświadczeniu. Jeśli powiem Ci, że rozmiary atomu są rzędu
, a rozmiary jądra atomowego
, odpowiesz — "no, małe", jednakże liczby te w żaden
sposób nie przemówią do Twojej wyobraźni. Spróbuj zastanowić się nad tym, jak wyglądałby model
atomu, w którym jądro miałoby rozmiary jednego centymetra. W jakiej odległości od niego umieścić
chmurę elektronów? Odpowiedź jest zdumiewająca! — kilkadziesiąt tysięcy centymetrów dalej, czyli
kilkaset metrów od naszego jądra. Popatrz, jaki pusty jest atom. A teraz spójrz w Kosmos! Nasze
Słońce jest typową gwiazdą w typowym zbiorowisku innych gwiazd, jakim jest Galaktyka. Galaktyka
nie jest największą strukturą w Kosmosie. Ile jest galaktyk we Wszechświecie — nie wiemy,
potrafimy, co najwyżej, szacować ich liczbę. Typowa odległość pomiędzy gwiazdami jest rzędu
. Znów podaję Ci wielkość, która niewiele mówi. Może lepiej tak — średnia odległość pomiędzy
gwiazdami w galaktyce wynosi kilka lat świetlnych, to znaczy światło pędząc z prędkością prawie
pokonuje tę odległość w ciągu kilku lat. Jeśli odległość obiektu, na przykład jakiejś
galaktyki jest rzędu miliona lat świetlnych, oznacza to, że obraz tej galaktyki, który teraz oglądamy,
został wyemitowany milion lat temu. Mamy więc bardzo "przestarzałe" informacje. Popatrz, jaki
pusty jest Kosmos! Największą znaną prędkością jest prędkość rozchodzenia się światła (ściślej fal
elektromagnetycznych) w próżni. W warunkach ziemskich jest ona niewyobrażalnie duża (niegdyś
sądzono, że nieskończona). W Kosmosie prędkość rozchodzenia się sygnałów elektromagnetycznych
jest istotnym ograniczeniem informacji, jakie do nas docierają. Widzimy Wszechświat jaki był, a nie
jaki jest w tej chwili. Niemożność przekroczenia tej prędkości nie jest sprawą niedoskonałości
technicznych — jak Ci się może wydawać — jest cechą świata, w którym żyjemy. Zdumiewająco duża
jest średnia prędkość Ziemi krążącej wokół Słońca. Wynosi ona około
. Znacznie większa jest
prędkość elektronu krążącego wokół jądra —
. Jak mała w porównaniu z tym jest prędkość
człowieka, który idąc piechotą przebywa jeden kilometr w 15 minut.
I jeszcze chwilę uwagi poświęć na refleksję o czasie. Około jednej sekundy upływa między kolejnymi
uderzeniami serca, prawie 30 milionów sekund między kolejnymi wiosnami. Natomiast czas, poza
który nie wykraczamy, czyli szacowany czas trwania Wszechświata — to 13-15 miliardów lat.
Na dobry początek
Nie trać czasu! Nie dlatego, że czas to pieniądz. Nie trać go dlatego, że czas to prezent, który
otrzymujesz za darmo i którego z każdym dniem masz mniej. Prezent, który możesz stracić
bezpowrotnie, ale nigdy bezkarnie, więc go nie trać. Planuj dzień, wykorzystuj chwile na pracę,
rozrywkę i odpoczynek. Niech czas nie przecieka Ci przez palce, ale niech będzie tworzywem w
Twoich rękach.