В Сети можно встретить утверждение о том, что всё человечество могло бы в теории поместиться в кубик сахара-рафинада, если удалить всё пространство между электронами и ядрами атомов. Утверждение можно встретить в разных русскоязычных и англоязычных источниках.
«Человечество или атомы нас составляющие — это 99.9999999999999% пустого пространства . В теории, если убрать всё пустое пространство, то можно поместить человечество в объём сахарного кубика», — сообщается в публикации на форуме Pikabu.
«На самом деле в атоме так много пустого пространства, что 99,9999999999999% его составляет полное пустое пространство. Чтобы представить это в перспективе; если бы атом был Землей, его ядро было бы размером с футбольный стадион. Увлекательная вещь», — написано в публикации аккаунта мystifact в соцсети Steemit — таким образом, автор объясняет гипотетическую возможность помещения тел всех людей на Земле в тот же кубик рафинада.
«В объёме кубика сахара можно было бы уместить всё человечество. Это потому, что атомы на 99,9999999999999% представляют собой пустое пространство. Если бы вы могли выжать все пустое пространство из всех атомов всех 7 миллиардов человек в мире, вы действительно смогли бы уместить их в объеме кубика сахара», — говорится в познавательной подборке интересных научных фактов на сайте лондонского Музея науки (Science Museum).
Редакция Factcheck.kz решила проверить это умозаключение на достоверность.
Пробуем посчитать
Для начала мы решили выяснить, можно ли доверять цифрам, предлагаемым в приведённых выше утверждениях. Хотели бы сделать оговорку: мы оценивали лишь саму логическую состоятельность утверждения, не претендуя на претенциозную точность. Для этого мы решили обратиться к фактчеку наших коллег из Reuters (оригинал здесь), которые в 2022 году проверяли утверждение, что всё население мира может поместиться в квадрат 50,8 х 50,8 миль (81,7 х 81,7 километра).
Тогда эксперт по подсчёту людских масс Эндрю Сидс объяснил, что условный квадрат размером 3 на 3 фута (90 на 90 сантиметра) для каждого человека будет равен 0,8361 квадратных метра площади. Это означает, что на 1 квадратный метр будет приходиться примерно 1,2 человека. В таком случае потребуется 6 688 800 000 (примерно 6,7 миллиарда) квадратных метров, чтобы разместить внутри 8 миллиардов человек. Преобразование 6,7 миллиардов квадратных метров в квадратные мили означает, что для размещения 8 миллиардов человек потребуется примерно 2582,55 квадратных миль. Нахождение квадратного корня из 2582,55 показывает длину стороны квадрата в чуть более 50,8 мили. То есть, 8 миллиардов человек эксперт действительно сумел разместить на квадрате 81,7 на 81,7 километра.
Мы обратили внимание на то, что пространство для каждого человека было взято «с запасом» (квадрат 90 на 90 сантиметров предполагает дополнительное жизненное пространство для условного человека). В среднем ширина плеч мужчин и женщин приблизительно составляет 38 сантиметров, 20 сантиметров примем за толщину тела, так как расстояние от лопатки до передней поверхности ребра (грудинно-позвоночный диаметр грудной полости около 19 см). Для удобства округляем эти два показателя до 30 см, убавив от одного и прибавив к другому примерно равное число, и получаем квадрат для каждого человека 30 на 30 см, что в 3 раза меньше, чем в проверке факта про занимаемую людьми площадь; у нас сторона общего квадрата равна 27,2 километрам. Делим это число на 100 000, так как ядро меньше самого атома до 100000 раз. Таким образом, мы принимаем за условие, что сжатие атомов предполагает их уменьшение до размеров ядра, то есть, люди будут уменьшены на те же порядки. Вычисляем:
27,2 : 100000 = 0.000272 км или 27,2 см. Это сторона уменьшенного в 100000 раз квадрата, на котором уместилось бы человечество.
Известно, что длина сторон кубика рафинада такова: 2х2х1,2 сантиметров. Однако мы вычислили площадь, на которой предположительно стоят уменьшенные люди вплотную друг к другу и не вычислили объём, который они занимают.
Предполагаем, что высота нашей живой конструкции достигала бы 170 сантиметров условного среднего роста человека. Попробуем вычислить объём нашей конструкции.
- Уменьшаем высоту на те же 100 000: 170 : 100000 = 0.0017 см
- Затем вычисляем объём всей конструкции: 0.0017 х 27.2 х 2 7.2 = 1.257728 см3
- Для сравнения выясним, каков объём кубика рафинада: 2х2х1.2= 4.8 см3
То есть, уменьшенное в 100 тысяч раз человечество в кубик рафинада поместилось бы с запасом.
Важные нюансы
На втором этапе нашей проверки мы решили найти первоисточник интересного высказывания. Его удалось обнаружить с помощью поисковых систем.
«Иногда вы можете чувствовать себя довольно солидным человеком. Может быть, у вас много друзей, или важная работа, или очень большая машина. Но вам может быть стыдно узнать, что все эти вещи — ваши друзья, ваш офис, ваша действительно большая машина, вы сами и вообще всё в этой невероятной, огромной Вселенной — почти полностью, на 99,9999999 процентов, представляют собой пустое пространство», — говорится в материале на научпоп сайте Science Alert. Автор текста — научный редактор Business Insider Али Сандермайэр (Ali Sundermier, также о ней здесь).
«Если бы ядро было размером с арахис, атом был бы размером с бейсбольный стадион. Если бы мы потеряли все мёртвое пространство внутри наших атомов, каждый из нас смог бы поместиться в частицу пыли, а весь человеческий вид уместился бы в объёме кубика сахара», — продолжает она в своем материале.
Впрочем, далее Али Сандермайэр объясняет, что пустота внутри атома, то есть, между электронами и ядром, а также между элементами ядра, это не совсем пустота: протоны и нейтроны, из которых состоят ядра атомов, в свою очередь, состоят из кварков и связывающих их глюонов. Она сообщает следующее:
- Многие учёные считают, что почти вся масса наших тел образуется за счёт кинетической энергии кварков и энергии связи глюонов.
- Пришло время пересмотреть то, что мы подразумеваем под пустым пространством, потому что, как оказывается, космос никогда не бывает по-настоящему пустым. На самом деле там полно хороших вещей, включая волновые функции и невидимые квантовые поля.
- Технически электроны являются точечными источниками, а это значит, что они не имеют объёма. Но у них есть нечто, называемое волновой функцией, занимающее значительную часть атома… безобъёмный электрон каким-то образом одновременно находится повсюду в этом куске пространства.
Таким образом, Сандермайэр пытается сформулировать, благодаря каким физическим закономерностям атомарная пустота становится осязаемой в макромире, и почему люди не проходят сквозь стены. В целом, материал представляет собой научно-популярное максимально упрощённое объяснение сложных закономерностей. А утверждение о «пустоте» окружающего мира — это яркий образ и смысловая приманка, которая нужна для привлечения внимания читателя: ему предлагается представить, что его друзья, офис, большая машина и он сам — это по большей части как бы пустое пространство.
Редакция Factcheck.kz обратилась за дополнительными разъяснениями к профессору, доктору физико-математических наук, зав. кафедрой теоретической и ядерной физики КазНУ Медеу Абишеву.
По его словам, рассуждения в русле «помещения человечества в кубик сахара» надо воспринимать скорее с точки зрения интереса к сохранению массы.
«Есть ядро, есть электронная оболочка (область пространства вероятного нахождения электронов — ред.). Размер атома это размер электронной оболочки. Если убрать электронную оболочку, остаётся ядро — так как вся масса сосредоточена в ядре, в массе мы практически не потеряем. Химические свойства ядер обуславливаются электронными оболочками. Сами по себе ядра никакими свойствами не обладают с точки зрения химии», — объясняет профессор Абишев.
По его словам, сжатие человечества до размеров рафинада, кроме того, что это в реальности невозможно, конечно же, означает изменение химических свойств исходного вещества.
«[Предлагаемая задача] актуальна только с точки зрения сохранения массы: так как масса фактически сосредоточена в ядре, человечество можно было бы уменьшить в тысячи раз без потери массы», — добавляет профессор и приходит в своих размышлениях к той же захватывающей теме, которую затронула в своей публикации Али Сандермайэр.
«Есть понятие “физический вакуум”, физический вакуум обладает определёнными свойствами. В нём могут появляться и исчезать так называемые “виртуальные пары” (понятие “виртуальных частиц” и их пар возникло в квантовой теории поля — ред.). Почему виртуальные — они в среднем равны нулю, то есть, их нет. Но если рассматривать очень малые промежутки времени и пространства, они существуют — доказательством является эффект Казимира. То есть, пустота обладает определёнными свойствами. Если на неё каким-то образом воздействовать, она уже не является пустотой. Но её можно считать пустотой, потому что при определённых условиях это действительно пустота», — объясняет Медеу Абишев.
Таким образом, проведя вычисления и получив комментарии эксперта, мы готовы сделать свой вывод.
Вердикт: Правда
Но с оговорками. В теории вещество, из которых состоят тела всех людей на планете, можно сжать до размеров кубика рафинада, однако нужно учесть два аспекта. Во-первых, на сегодняшний день это невозможно. Во-вторых, предлагаемая задача представляется нам не физико-химической, а математической, так как речь идёт лишь о некоем занимательном вычислении (из разряда «сколько стаканов воды поместится в Каспийское море» и т.п.). В-третьих, саму эту теоретическую возможность нельзя воспринимать как некое «научное открытие». Высказывание про кубик сахара появилось в научно-популярной публикации как художественный приём для привлечения внимания читателя. Но при этом он имеет под собой некие теоретические основания. В-четвёртых, когда мы говорим о свободном пространстве атома, необходимо принимать во внимание понятие «физического вакуума», которое лишь означает, что пустота, хорошо представляемая в макромире, с точки зрения квантовой физики весьма условна. И об этом не стоит забывать.
