10 Шагов к пониманию науки
Автор: Малкин Семён Год: 2025
Оглавление:
Глава 1. Что под нашими ногами? Глава 2. Атомы, из которых всё сделано
Глава 3. Жизнь из молекул: как всё ожило Глава 4. Почему всё движется: масса, сила и законы природы
Глава 5. Энергия: движущая сила Вселенной Глава 6. Четыре силы, управляющие Вселенной Глава 7. Солнце, Луна и соседи по космосу Глава 8. Вселенная: от звёзд к бесконечности Глава 9. Квантовый мир: где всё возможно Глава 10. Наука как путь. Что дальше?
Введение
Каждый из нас хотя бы раз в жизни смотрел в небо и задавался вопросами:
Откуда
мы?
Что
такое
звёзды?
Почему
всё работает именно так?
Эти простые на первый взгляд вопросы – не игрушка разума, а первый шаг на пути к науке. Ведь именно с таких мыслей всё и начинается: у ребёнка, у учёного, у мечтателя.
Когда мы впервые узнаём, что Земля внутри горячая, а не твёрдая, как кажется…
Когда понимаем, что свет – это не только яркость, но и частицы…
Когда слышим о том, что Вселенная когда-то была размером меньше точки…
– мы открываем настоящее чудо. Но это чудо —
не магия, а знание.
Эта книга – не учебник. Она не требует от тебя ни формул, ни специальной подготовки.
Она – как карта. Простая и краткая, но ведущая от ядра Земли к краям Вселенной.
Ты узнаешь основы геологии, физики, химии, биологии, астрономии и квантовой физики.
И главное – ты поймёшь, как всё связано между собой.
Если ты умеешь удивляться, задавать вопросы и не боишься размышлять – ты уже идёшь по пути учёного. А эта книга – твой компас на этом пути.
Готов? Тогда начнём с того, что под ногами – и доберёмся до того, что за миллиарды световых лет над головой.
Глава
1.
Что под нашими ногами?
Мы живём на тонкой корочке огромного, горячего, бурлящего шара, который мы называем Землёй. Почва, по которой ты ходишь, кажется твёрдой и стабильной. Но это ощущение – лишь иллюзия. Если бы ты мог пробить землю насквозь и спуститься к самому центру планеты, ты бы увидел настоящий природный ад, полный жара, давления и металла.
Именно с глубин Земли начинается наше научное путешествие.
Земная
структура:
слои
планеты
Представь, что Земля – это гигантский лук. У неё есть несколько слоёв, каждый из которых отличается по составу, температуре, плотности и поведению вещества:
Слой
Глубина (от поверхности)
Состояние вещества
Примерная температура
Земная
кора
0 – 70 км
Твёрдое
До 870 ℃
Мантия
70 – 2900 км
Твердое/вязкое
До 3700 ℃
Внешнее
ядро
2900-5100 км
Жидкое
До 4500 ℃
Внутреннее
ядро
5100-6371 км
Твёрдое(метал)
До 6000 ℃
Земная
кора:
тонкий
каменный
щит
Кора – это верхний слой. Именно на ней стоят наши дома, растут леса, лежат океаны. Она состоит из различных горных пород, таких как гранит, базальт и песчаник. Под океанами кора тоньше (5–10 км), а под материками – толще (до 70 км).
Несмотря на прочность, кора состоит из огромных плит – литосферных плит, которые медленно, со скоростью в пару сантиметров в год, двигаются. Именно благодаря этим движениям формируются горы и происходят землетрясения.
Мантия:
горячий
каменный
океан
Под корой находится мантия – она составляет более 80% объема Земли. Это не лава, как думают многие, а высокотемпературные породы, находящиеся в пластичном состоянии. Они медленно текут, как тёптый пластилин. Это движение называется конвекцией – горячие породы поднимаются, остывшие опускаются вниз. Этот процесс – как гигантский медленный котёл, в котором кипит Земля.
Мантия – причина всех вулканов и землетрясений. Именно она движет континенты.
Почему
мантия
движется?
Внутри Земли осталось много остаточного тепла со времён её формирования. Также, в глубинных породах продолжаются радиоактивные распады элементов, таких как уран и торий, которые выделяют энергию. Эта энергия разогревает породы и заставляет их двигаться.
Ядро:
сердце
планеты
На глубине почти 3000 километров начинается ядро – самая таинственная и экстремальная часть Земли.
Внешнее ядро – жидкое, состоит в основном из расплавленного железа и никеля. Оно движется, и
это движение создаёт магнитное поле Земли. Без него нас бы сожгло космическое излучение.
Внутреннее ядро – несмотря на жуткий жар (до 6000 °C), оно твёрдое, потому что давление там настолько велико, что даже металл сжимается до твёрдого состояния. Это как если бы ты пытался сжать воду до льда с помощью гигантского пресса.
Самая
глубокая
скважина
Человек пытался заглянуть внутрь Земли. Самая глубокая скважина – Кольская сверхглубокая, была пробурена в СССР, её глубина – 12 262 метра. Это меньше 0.2% радиуса Земли! Дальше бурить стало невозможно – температура и давление разрушали оборудование.
Подведём
итог
Земля – это многослойный шар, в центре которого бушует металл при температуре солнца.
Мы живём на тонкой корке, которая медленно движется.
Глубины Земли влияют на магнитное поле, климат, вулканы, движение континентов и даже возможность существования жизни.
Думай
глубже:
То, что кажется твёрдым, на деле – движется. То, что кажется неизменным – кипит внутри. Мы стоим на живой, дышащей планете.
Что
дальше?
Теперь, когда мы спустились в недра, давай посмотрим, из чего состоит сама материя, из которой сделана и Земля, и мы сами. Во второй главе мы отправимся внутрь камня и клетки – в мир атомов и молекул.
Глава
2.
Атомы, из которых всё сделано
Земля, воздух, вода, камень, человек, звезда – всё это кажется разным. Но есть нечто общее, что объединяет всё во Вселенной. Это материя. Всё, что имеет массу и объём, – это материя. А из чего же она состоит?
Ответ простой и потрясающий: из атомов.
Что
такое
атом?
Слово "атом" (от греч. atomos) означает "неделимый". Ещё 2,5 тысячи лет назад философы предполагали, что если долго-долго делить предмет пополам, то в конце концов останется мельчайшая, неделимая частица. Современная наука уточнила: атомы всё же делимы, но именно они являются основными строительными блоками вещества, их можно сравнить с кубиками LEGO.
Атом
—
это
как
крошечная
Солнечная
система.
В центре – ядро, где сосредоточена почти вся масса.
Вокруг него вращаются электроны, как планеты вокруг звезды.
Строение
атома
Частица
Заряд
Масса
Где
находится
Протон
+1
1 а. е*
В ядре
Нейтрон
0
1 а. е*
В ядре
Электрон
–1
~1/1836
массы протона
Вокруг ядра
Протоны и нейтроны составляют ядро.
Электроны движутся очень быстро в облаке вокруг ядра. Точное положение электрона определить нельзя – только область, где он может быть.
Из
атомов
—
во
всё
Существует около 100 различных видов атомов
– они называются химические элементы. Углерод, кислород, железо, золото, уран – всё это элементы. Различаются они числом протонов в ядре. Например:
Водород: 1 протон
Углерод: 6 протонов
Кислород: 8 протонов
Золото: 79 протонов
Когда атомы соединяются, они образуют молекулы – как буквы складываются в слова. Например:
Вода – H₂O: две частицы водорода + одна кислорода.
Диоксид углерода – CO₂: один углерод + два кислорода.
Всё
состоит
из
атомов
Земная кора – в основном из кислорода, кремния, алюминия.
Вода – из водорода и кислорода.
Живые организмы – из углерода, водорода, кислорода, азота и других.
Атмосфера – смесь азота (78%), кислорода (21%) и других газов.
Мы сами – примерно на 60% из воды, а остальное – сложные молекулы белков, жиров и углеводов.
Насколько
мал
атом?
Один атом водорода – примерно 0,1 нанометра в диаметре.
В одной песчинке – много миллиардов миллиардов атомов!
Если увеличить яблоко до размера Земли, атомы в нём станут величиной с настоящие яблоки.
Химические
реакции
Когда атомы и молекулы перестраиваются, образуются новые вещества. Это и есть химическая реакция.
Пример:
Когда ты дышишь, кислород из воздуха соединяется с глюкозой в теле и образуются вода и углекислый газ – при этом выделяется энергия.
Когда железо ржавеет, оно соединяется с кислородом – тоже химическая реакция.
Атомы
бывают
опасны?
Да. Некоторые ядра нестабильны – они распадаются, испуская радиоактивное излучение. Это явление используется в:
атомной энергетике,
медицинской диагностике (например, ПЭТ- сканирование),
ядерном оружии.
Мы
не
видим
атомы…
но
знаем,
что они есть
Учёные не видят атомы напрямую, но могут фиксировать их поведение, создавать их модели, а с помощью туннельных микроскопов – даже "рисовать" изображения молекул.
Подведём
итог
Атомы – мельчайшие строительные блоки всего вокруг нас.
В каждом атоме – ядро (протоны и нейтроны) и облако электронов.
Атомы соединяются в молекулы, образуя всё – от воздуха до человеческого тела.
Материя устроена несложно – но в комбинациях возникает огромное разнообразие.
Задай
себе
вопрос:
Что объединяет вулканическую лаву, океан и человеческую слезу? Ответ – атомы. Разные, но подчиняющиеся единым законам.
Что
дальше?
Теперь, когда мы узнали, из чего всё состоит, пора взглянуть, как это "всё" стало живым. В следующей главе мы исследуем, как из неорганических молекул зародилась жизнь, что такое клетка, и почему биология – это химия в движении.