Магия времени, или Что будет, если замедлить жизнь
Мы часто слышим от психологов: «Возьмите паузу!» А как тут остановиться, если на носу очередной экзамен или наводит грусть недописанная курсовая? Однако допустим, что предложение замедлить время мы восприняли буквально. Что тогда изменится? Разбираемся вместе с профессором физики университета Sun Yat-sen University и популяризатором науки Игорем Ивановым.
Секунда — много или мало?
Казалось бы, очевидно: секунда — очень малый промежуток времени. Тем не менее мы хорошо ощущаем, как она проходит. В течение нее можно забить решающий гол или успеть отправить задание до дедлайна.
Разобьем ее на тысячу частей — получим миллисекунду. Заметить глазом миллисекундные процессы уже гораздо сложнее, хотя они постоянно окружают нас. Например, удар теннисного мяча о твердую поверхность или мерцание гирлянды. Чтобы обнаружить светящийся с перерывами объект, достаточно сфотографировать его, поворачивая при этом камеру. Если вы увидите в кадре сплошную полосу, значит, объект горит непрерывно, а если пунктирную — мигает.
А времени все меньше и меньше…
Если хотите понять, что значит микросекунда, представьте пулю, летящую со скоростью 1 км/с. За микросекунду она преодолеет миллиметр. За считанные микросекунды пуля врежется в стекло, и трещины распространятся примерно на 4 миллиметра. Если поделить секунду на миллиард частей и рассмотреть наносекунду, то за это время трещины увеличатся на 4 микрометра. А за пикосекунду (одна тысячная наносекунды) в стекле происходит невидимый глазу разрыв величиной в несколько нанометров.
Иллюстратор: Алиса Еремеева
Секунду опять поделили…
…и получили новую единицу измерения — фемтосекунду. Теперь промежуток времени стал меньше одной пикосекунды. Нет смысла говорить о веществах, так как предметом изучения стали отдельные элементарные частицы. За фемтосекунду (тысячную долю пикосекунды) молекулы не успевают даже заметно сдвинуться с места и просто колеблются! При этом электроны в молекуле быстро перемещаются.
Сверхкороткий импульс
У оптического лазера период колебаний электромагнитных волн составляет около фемтосекунды. Эти колебания можно собрать в короткий импульс, но он длится несколько фемтосекунд. Так как электроны движутся быстрее, то с помощью него нельзя узнать, что творится внутри атома. Нужен особый механизм, позволяющий испускать импульсы продолжительностью несколько аттосекунд (одна тысячная доля фемтосекунды). Он основан на поведении электронов. На некоторый атом посылается вспышка инфракрасного света, создающая сильное электрическое поле. Оно «вырывает» электрон из атома. Накопив достаточно энергии, электрон возвращается на прежнее место и испускает ультракороткий импульс. Его можно зарегистрировать и изучить явления внутри атома.
Бесконечность без предела, скорость без границ
Если вам показалось, что временной интервал уже нельзя уменьшить, то вы ошибаетесь… Зептосекунда — минимальное время протекания ядерных реакций, например распада нестабильного изотопа гелия. Она равна 10-21 секунды. Йоктосекунда еще меньше и составляет 10–24 секунды.
Фото: freepik.com
Самый быстрый процесс, который удалось изучить физикам, — столкновение движущихся на околосветовой скорости ядер. Они состоят из нейтронов и протонов, в которые входят облака кварков, антикварков и связывающих их глюонов. Облака разных протонов перекрываются. Так как ядро движется на очень большой скорости, то все внутренние процессы замедляются. Если два таких ядра с «желеобразной» составляющей сталкиваются, они проходят сквозь друг друга и между ними возникает силовое глюонное поле, которое в виде горизонтальных трубочек, связывает ядра. Такое состояние называют глазмой. После того как ядра разошлись, трубочки рассыпаются и образуется кварк-глюонная плазма — горячий газ из кварков, антикварков и глюонов. Продолжительность столкновения ядер — доли йоктосекунд.
Итак, мы прошли длинный путь от секунд до их мельчайших частей. С уменьшением временного интервала уменьшались и размеры исследуемых объектов. Страшно представить, насколько мелкие частицы еще предстоит изучать физикам.
Фото на обложке: freepik.com
