Почему расширяется Вселенная и откуда берутся мысли: ученые отвечают на детские вопросы

Отвечает Дмитрий Разоренов, кандидат химических наук, лектор Университета детей

На эту тему однажды спорили два моих друга в школе. Сережа говорил, что вода перекрывает путь для кислорода из воздуха, и горение прекращается из-за этого, а Ваня говорил, что вода резко понижает температуру.

Конечно, при тушении огня водой происходит и то, и другое. Тогда в школе мне казалось, что больше прав Сережа, но все-таки прав и Ваня: резкое понижение температуры является очень существенным фактором. Горение является экзотермическим процессом, то есть происходит с выделением тепла. Например, у вас есть кусочек дерева и воздух. Продукты горения - CO2, вода и пепел. Если сравнивать энергию состояния до горения и после горения, то конечно выгодно кусочку дерева превратиться в CO2, воду и пепел с выделением тепла. Но для того, чтобы это превращение состоялось, нужно преодолеть энергетический барьер, то есть сначала затратить энергию для того, чтобы получить какие-то промежуточные вещества, которые уже дальше могут превратиться в продукты горения с выделением энергии. Поэтому, чтобы поджечь кусочек дерева, нам нужно хотя бы маленькую часть его нагреть до очень высокой температуры. А дальше уже происходит цепная реакция: выделяющееся тепло помогает преодолевать энергетический барьер новым частицам дерева.

Если весь этот процесс полить водой, то вода отнимет это тепло, частично испарится, частично просто нагреется. И цепная реакция прервется, потому что у остывшей деревяшки не будет энергии для того, чтобы началось ее взаимодействие с воздухом, даже если этого воздуха вокруг будет достаточно.

Отвечает Иван Белотелов, кандидат физ.-мат. наук, лектор Университета детей

Вселенная не только растягивалась в прошлом, она растягивается и сейчас. И чем дальше, тем всё быстрее и быстрее. Дальние галактики удаляются от нас со всё большей скоростью. Мы обычно называем это растяжение "расширением", а Вселенную – расширяющейся.

Мы можем лишь ответить на вопрос, «почему мы думаем, что Вселенная расширяется». Когда людям впервые пришла в голову идея про расширяющуюся Вселенную, это было неожиданно и непривычно, люди привыкли думать о Вселенной как о неподвижной и неизменной. Но около ста лет назад учёные, наблюдая за далекими галактиками, обнаружили, что они удаляются от нас. Причём в какую бы точку неба они ни смотрели, везде наблюдали одно и то же - галактики улетают друг от друга (и от нас) повсюду, со всех сторон. После этого мы получили и другие свидетельства того, что Вселенная расширяется: то тут, то там мы находим разные следы того, как она выглядела раньше, когда она была ещё не такой расширившейся. И из сопоставления этих следов мы знаем, когда она начала расширяться, что происходило в разные моменты после начала расширения; знаем, как менялась скорость этого расширения. Мы знаем, что происходило в самые первые мгновения после того, как Вселенная начала расширяться, - этот момент называют Большим взрывом. Мы знаем, что спустя некоторое - довольно большое - время многие звёзды, которые мы видим сейчас, будут удаляться от нас настолько быстро, что свет от них не будет успевать доходить до нас, и мы перестанем их видеть. Мы очень много знаем про это расширение, и всё наше знание не выдумано на пустом месте, а связано с наблюдениями и экспериментами.

Но при этом мы до сих пор не знаем, почему именно Вселенная расширяется. Для того, чтобы объяснить происходящее сейчас расширение, учёным пришлось придумать специальное явление - его назвали “тёмной энергией”. Но что из себя представляет тёмная энергия, зачем она во Вселенной, и откуда она берется, мы не знаем.

Мы также не знаем, куда расширяется Вселенная. Возможно, у неё есть граница, и эта граница расширяется в какое-то внешнее вне-вселенское пространство. А может быть, границы нет, и Вселенная бесконечна. Но при этом она всё ещё расширяется, то есть расстояния между удалёнными точками во Вселенной всё ещё увеличиваются.

Отвечает Михаил Бурцев, кандидат физ.-мат. наук, лектор Университета детей

Человек думает головой, а точнее при помощи мозга, который в этой голове находится. Мозг человека содержит несколько десятков миллиардов нервных клеток - нейронов. Нейроны обычно имеют три основных функциональных части. Первая, называемая дендритным деревом, воспринимает специальные вещества - нейромедиаторы, используемые в нервной системе для передачи сигналов, ветвление отростков позволяет получить информацию от десятков тысяч других нейронов . Вторая часть - тело нейрона - отвечает за аккумуляцию сигналов от разных ветвей дендритного дерева и генерацию потенциала действия. Потенциал действия - электрический разряд, бегущий по третьей части нейрона - аксону. Аксон похож на специальный кабель, который дает возможность клетке выбросить нейромедиаторы в другой части мозга. Зачем же нужна вся эта межклеточная сигнализация, и какое отношение она имеет к мыслям?

Выживание организма в эволюции зависит от его возможности предсказывать будущее - где находится пища, а где опасность. Предсказание будущих событий является одной из основных функций мозга. Обмен сигналами между нейронами позволяет мозгу построить картину развития событий в будущем в той или иной ситуации. Этот процесс моделирования, или проигрывания разных сценариев в воображении и воспринимается субъективно как мышление.

Отвечает Татьяна Ворожбиева, врач, ассистент кафедры патологической анатомии и клинической патологической анатомии педиатрического факультета РНИМУ им. Н.И. Пирогова, лектор Университета детей

Орган - это часть организма, которая имеет свое строение, положение в организме и выполняет определенные функции. Существуют живые организмы, у которых органов, как таковых, нет - например, губки и кишечнополостные. Но более сложно устроенные организмы, в том числе и человек, органы имеют, и слаженная работа органов обеспечивает все необходимые для жизнедеятельности функции. Известно, что все живые организмы, кроме вирусов, состоят из клеток. Клетка - это "кирпичик", структурная единица всего живого. Сходные по строению, происхождению и функциям группы клеток образуют систему, которая называется "ткань". Строение тканей изучает отдельная наука - гистология. Выделяют четыре основных вида тканей - эпителиальную, мышечную, соединительную и нервную. В эпителиальной ткани клетки плотно прилежат друг к другу и защищают организм от бактерий, пыли, ядов. Она очень быстро обновляется и выстилает все структуры организма, связанные с окружающей средой, - кожу, ротовую и носовую полость, воздухоносные пути, желудочно-кишечный тракт и так далее. Иногда она может видоизменяться до неузнаваемости. Например, ногти, волосы, зубная эмаль - это тоже эпителиальная ткань.

Мышечная ткань обладает особым свойством, она может сокращаться и разжиматься. Происходит это из-за того, что в клетках, которые составляют мышечную ткань, есть специальные тонкие волокна - миофибриллы, которые могут сжиматься и разжиматься. Именно сжимание миофибрилл в клетках обеспечивает все движения организма - перемещение его в пространстве или перемещение отдельных частей организма относительно друг друга. Примером работы мышечной ткани может быть работа сердца и работа мышц, когда мы, скажем, ходим. Еще один тип ткани - соединительная - очень разнообразен: он образует кости, жировую ткань и даже кровь. В зависимости от функций изменяется и строение соединительной ткани: в костях это прочные структуры, а кровь имеет жидкую консистенцию для того, чтобы свободно течь по сосудам. Наконец, последний тип тканей - нервная ткань - состоит из специальных клеток-нейронов, способных передавать сигналы, а также из питающих и поддерживающих эти нейроны специальных мелких клеток, называемых глиальными.

Клетки, видоизмененные для выполнения какой-либо функции, собираются в ткани и образуют органы. В органах только один вид ткани является основным. Например, в сердце есть и мышечная, и эпителиальная, и нервная, и соединительная ткань, но большую часть занимает именно мышечная ткань, чтобы обеспечить основную функцию органа - сокращение. Для выполнения некоторых функций в организме одного лишь органа недостаточно, поэтому органы образуют между собой системы органов, которые и обеспечивают все нужное для жизнедеятельности человека.

Чтобы не пропустить ничего полезного и интересного о детских развлечениях, развитии и психологии, подписывайтесь в Telegram