MIsterGo wrote:Аха, благодаря.
Значи дискусията се разделя на два интересни клона: 1) Броят на вариантите в Шаха; 2) Броя на Атомите във Вселената.
А обединението, може да го кажем и така: Шахът е сътворен в "тази вселена", следователно може да има връзка между двете!?
Това за Архимед - в неговата книга "Изчисляване на броя на пясъчинките" ли беше, или нещо от този род?
Тогава следващият въпрос е как изчисляват обема на Вселената, защото на Галактиката се знае. Това беше свързано с годините живот на Вселената? Защото като живеем с Разширяваща се вселена - ключово е на колко години е тя - да знаем до колко се е разширила?
Само да не се стига до "омагьосан кръг" - ако знаем броя на годините, ще знаем обема; ако знаем обема - ще знаем броя на годините. Но може ли да знаем нещо със сигурност?
След това, дори ако знаем обема - трябва да знаем какво е "разпределението на веществото", защото със сигурност на едно място има повече, на друго място има по-малко.
Умишлено разделих коментара си на две, както правилно предложихте. Тъй като вторият въпрос пряко се отнася до материята, с която се занимавам професионално, ще си позволя по-широк коментар. Що се отнася до броя атоми във Вселената, според мен би било полезно да се внесат някои пояснения преди уточняване на тази оценка.
Съчинението на Архимед е с голяма историческа ценност, но за съжаление няма нищо общо с истинската стойност, която не би могла да бъде във възможностите за пресмятане дори и в най-смелите мечти на учените от Александрийската школа през третии век преди новата ера...
За
обем на Вселената като цяло не може да се говори. Ние (а и всеки друг наблюдател) сме в състояние да изследваме само ограничена област от нея, наречена Метагалактика - в границите на т.нар. космологичен хоризонт. Това е сфера с радиус разстоянието, което би могла да измине светлината за време, равно на възрастта на Вселената. Това е логично - от по-далечни обекти светлината не би имала време да достигне до нас. И тъй като нейната скорост е максималната възможна такава в природата, то за свойствата на областитте отвъд хоризонта можем само да предполагаме (по ефектите, които те оказват върху видимата Вселена), но не и да наблюдаваме. Дали е ограничена (крайна) или безкрайна Вселената - това не знаем, но разполагаме с информация за другите нейни основни характеристики (на Метагалактиката). Това са кривина на пространството, маса, плътност и разпределение на веществото и енергията, възраст, температура и т.н., вероятно валидни и за останалата невидима част. Възрастта е пресметната с помощта на различни методи, като след калибровката им е получена стойността 13.7 милиарда години (13.7 х 10^9). Това обаче не е радиусът на космологичния хоризонт в светлинни години. Причините се крият в ефектите на разширение - докато пътува, светлината трябва да премине през непрекъснато разширяващо се пространство, което я "носи" със себе си. Това увеличава радиуса на видимата Вселена на ~ 4.65 x 10^10 светлинни години. Той естествено нараства непрекъснато
Причината не е в разширението на Вселената, а просто защото с всяка година все по-далечни обекти стават видими, т.е. тя остарява. Друг интересен ефект е, че областите, които сега се намират на предела на видимата Вселена, по време на излъчване на светлината от тях, са били само на 36 милиона св.г. от материята, от която в последствие се е формирала Земята! Обемът е ясен - като знаем радиуса, лесно се изчислява (4 х 10^32 св.г. или 3 х 10^80 куб.м.).
Това беше за обема, сега за
разширението. Без да изпадам в подробности, ще кажа следното. Разширява се пространството между обектите, като гравитационно свързаните структури се противопоставят на това разширение и остават стабилни. Такива структури са куповете от галактики, самите галактики, звездни купове, планетни системи и т.н. В по-голям мащаб тези структури (галактики и купове) се отдалечават едни от други по следния начин: колкото по-далече са два обекта, толкова по-бързо се отдалечават, т.е. толкова повече пространство има между тях, а то се разширява. Видимо всичко се разбягва от наблюдателя, без той да е център на Вселената - това е просто визуален ефект. Не си представяйте Вселената като балон, който се надува (нещо често срещано по учебниците) - макар и близко приближение, това не е точно така. Причината за разликата от една страна е, че примерът се отнася до двумерна повърхност в тримерно пространство (балон), което е различно от разширението на тримерно пространство. От друга страна, човек си представя началото на разширението (т.нар. Голям взрив) като експлозия (начало на надуване на балона) в една точка - център, и че всичко се отдалечава от него. Напротив - Вселената няма център и е "избухнала" едновременно във всички точки на пространството, което оттогава се и разширява. Този процес протича днес с определена скорост (~75 км/с на мегапарсек, 1 Мпс ~ 3.26 милиона св.г.), която не винаги е била еднаква. Според съвременните данни в началото е имало т.нар. фаза на инфлация - период на експоненциално разширение, последван от такъв на забавено разширение (с отрицателно ускорение), сменено преди няколко милиарда години от разширение с ускорение, като се предвижда нов период на експоненциално ускорение, водещ евентуално до разрушаване на свързаните структури. В съответствие с това, радиусът на видимата Вселена трябва да се коригира спрямо скоростта на разширение в различните епохи - през всяка от тях радиуса на хоризонта се променя по различен начин. Сумарният ефект е, че разширението е уголемило Вселената 1292 пъти от момента на излъчване на първото регистрирано лъчение.
И накрая
веществото. Според последните данни, Вселената е плоска, т.е. пространството е евклидово, с изключение на пренебрежимите нееднородности около черните дупки. Вселената е изотропна, т.е. с еднакви свойства във всички посоки, и освен това хомогенна - с равномерно разпределение на веществото. Това е т.нар. Космологичен принцип - за мащаби над определена стойност (10 Мпс ~ 30 милиона св.г.) това е изпълнено. Под тези мащаби тя е йерархична - съществуват структури (най-големите са свръхкупове от галактики, подредени в нишки и стени, с огромни космически празнини между тях - подобно на пяна), т.е. има нехомогенно разпределение на веществото. Това са факти от изключителна важност - позволяват ни да пресметнем средната плътност на Вселената - 9.9 × 10^−27 kg/m^3 (доста малко число), както и да изградим подходяща теория за процесите, довели до настоящето състояние. А то е доста изненадващо: околко 3/4 от енергията във Вселената принадлежи на обект с неизяснена физическа същност - т.нар тъмна енергия; едва 1/4 се пада на материята (както знаем от уравнението на Айнщайн - на материята съответства енергия и обратно Е=mc^2). От своя страна материята се дели на тъмна (небарионна, изключително трудна за детектиране, тъй като не взаимодейства със светлината, а само гравитира) и светеща (барионна), като отношението им е 5:1, или от познатите ни атоми се състои само 4-5% от Вселената! Това е потресаващ факт довел до революция в Космологията (науката за еволюцията на Вселената като цяло) през последните десетина години. И така, от тези 4% материя, водородът заема 75%, хелият 23%, а всички останали елементи 2%. Това е резултат, получен от наблюдения, в съгласие с теорията за Първичния нуклеосинтез (част от т.нар. Стандартен модел на взаимодействията в природата) - протекъл в периода, когато Вселената е била млада, гореща и плътна. С изчислената средна плътност, и процентните съотношения, споменати по-горе, се получават средно по 0.27 атома водород на кубичен метър. За яснота ще кажем, че това в земни условия би бил невероятно дълбок вакуум! За Метагалактиката, спомената в началото, това прави 8 × 10^79 атоми. Всъщност по различни оценки това число варира между 4 × 10^79 и 10^81. Сравнете тези резултати с Числото на Шанън - 10^120... Разликата е 40 порядъка (не 40 пъти, а 40 степени на десятката, или нагледно - толкова нули...)!
Подобен резултат бихме получили и ако използваме факта, че около 300 000 години след Големия Взрив е протекъл процесът на рекомбинация, при който ядрата се свързват с електрони и формират нeутрални атоми, като при това се отделило огромно количество лъчение, достигнало до нас като
Реликтов фон - ехо от раждането на Вселената. За настоящата епоха този фон е в микровълновия диапазон (пак поради ефектите на разширение), и съответства на температура 2.7 К (келвина), или ~ -270 C (целзий). Измервайки плътността на това лъчение, и отново използвайки Стандартния модел, можем да оценим масата на веществото, от което се е отделило то, и съответно броят атоми. Тук ще спомена и факта, че днешната материя съдържа само около една милиардна част от енергията, освободена при Големия взрив - останалата огромна част се е превърнала в лъчение, след анихилацията на материя и антиматерия в първите моменти на сътворението. Този процес изразява ефекта на т.нар. Нарушаване на симетрията в Стандартния модел, довело до т.нар. Барионен излишък - на всеки милиард частици антиматерия е имало милиард и една частици материя, съхранил достатъчно вещество за образуване на наблюдаваните днес структури.
За пълнота можем да кажем, че би могло да се тръгне и по
друг път - да се изчислят атомите за даден обект (звезда, галактика), и да се обобщи за по-големи обеми. Това обаче е твърде неточен метод, тъй като се пропускат множество източници на атоми, а и се използват далеч не съвсем сигурни допускания и приближения. За любителите на сметките: масата на Слънцето (звезда от Главната последователност, т.е. типична звезда) е 2 × 10^30 kg, или ~ 10^57 атома водород; нашата Галактика съдържа 300-400 милиарда звезди (отново предположение, че тя е типична галактика, а и тук не смятаме междузвездния газ и прах), или 4 × 10^68 атома; броят галактики се оценява на 80-100 милиарда (тук пропускаме междугалактичния газ - значителна компонента), съдържащи 3-7 × 10^22 звезди, или 3 × 10^79 атома...