Человек состоит из атомов: Факты о теле: От атомов до созвездия Андромеды

Факты о теле: От атомов до созвездия Андромеды

Человек состоит приблизительно из 7,000,000,000,000,000,000,000,000,000 (7 октиллионов) атомов, каждому из которых — миллиарды лет. PanARMENIAN.Net собрал некоторые интересные факты о теле, которые могут помочь повысить самооценку и заставить по-новому взглянуть на себя.

PanARMENIAN.Net — — Атомы, из которых состоят наши тела, по большей части — пустота. Ядро, которое составляет большую часть вещества атома, настолько меньше всей структуры, что его можно сравнить с мухой в соборе.

Атомы, из которых состоит материя, никогда не касаются друг друга. Чем ближе они друг к другу, тем больше сила отталкивания между электрическими зарядами их компонентов. Все равно, что пытаться соединить два сильных магнита одной стороной. Подобное явление происходит даже тогда, когда объекты касаются друг друга. Когда вы сидите на стуле – вы не касаетесь его. Вы парите на небольшой высоте над ним, поддерживаемые силой отталкивания атомов. Возраст любого атома вашего тела – миллиарды лет.

— Все, что мы ощущаем, создано из молекул. Самая большая в природе молекула находится в нашем теле. Ею является первая хромосома. В настоящий момент самая большая известная молекула — это ДНК первой хромосомы человека. Она содержит примерно 10.000.000.000 атомов, при том, что геном человека — не самый большой. Это позволяет ей хранить большое количество генов.

— Каждый человек провел около получаса в состоянии одноклеточного организма. Ваша жизнь началась с яйца.

— Самая большая клетка организма — человеческая яйцеклетка, достигающая в диаметре около 0.2 мм – 0.5 мм. Ее можно увидеть невооруженным глазом. Самая маленькая – сперматозоид.

— Яйцеклетка, из которой вы развились, была сформирована в вашей матери, когда она была еще эмбрионом. Образование яйцеклетки и половины вашей ДНК, которую вы получили от матери, можно считать первым моментом вашего существования. Причем это случилось еще до того, как родилась ваша мать.

— В отличие от других клеток, которые содержат полный набор ДНК человека, половые клетки — яйцеклетка и сперматозоид, содержат только половину ДНК, необходимую для создания нового организма.

— У человека примерно столько же волос на теле, сколько у шимпанзе, но волоски настолько тонки, что они почти невидимы.

— Женщины рождаются с лучшими рецепторами, чем мужчины. Исследования показали, что женщины более способны правильно определить запах и вкус.

— Ваши глаза всегда одного размера от рождения и до смерти, а нос и уши никогда не перестают расти.

— Самая сильная мышца в организме человека — язык.

— Челюстная кость — одна из самых прочных в теле.

— Чтобы сделать всего один шага человек задействует 200 мышц.

— Во время чихания все процессы в организме человека останавливаются.

— За сутки тело человека может выработать столько тепла, сколько хватило бы для закипания 30 л холодной воды.

— Более 20 лет каждый из нас проводит во сне.

— Если оценивать по количеству клеток, в нас больше бактериальной жизни, чем нас самих. Тело человека состоит приблизительно из 10 триллионов клеток, но клеток бактерий в теле в 10 раз больше. Большинство бактерий, проживающих вне, наносят никакого вреда, а некоторые даже полезны.

— Эксперты определили, что человеческий глаз может различить 10 миллионов разных цветов.

— Если бы глаз человека был камерой, у него было бы 576 мегапикселей.Глаза за время прочтения 300 страниц «проходят» дистанцию в один километр.

— Если в ночном ясном небе вы сумеете разглядеть созвездие Андромеды (ближайшая к Млечному Пути галактика), это значит, что вы видите настолько далеко, насколько возможно без использования технологий. Расстояние до нее составляет 2.5 миллиона световых лет. Фотоны, которые вы увидите, начали свое путешествие 2.5 миллиона лет назад. Таким образом вы совершаете путешествие в прошлое.

сколько атомов вашего тела было в теле Тутанхамона? / Хабр

Не секрет, что человеческая личность представляет собой нечто большее, чем просто сумму всех атомов её тела. Еда, которую вы поглощаете, вода, которую вы пьёте, воздух, которым вы дышите, и всё остальное, что поглощает ваше тело, можно использовать как сырьё для создания новых молекул, клеток и частей вашего тела в течение всей вашей жизни. Но всё это откуда-то взялось, и именно поэтому наш читатель хочет узнать:

Я хотел бы узнать, каковы шансы на то, что атомы вашего тела были у кого-то из прошлого? Типа шанс в 0,0001% на то, что где-то в вашем теле есть атом, который раньше был частью фараона Египта или короля Англии. Может ли наука рассказать нам о том, каким образом происходит циркуляция атомов на Земле, и откуда могли взяться атомы моего тела?

Наука может не только рассказать вам об этом, но и оценить довольно много различных параметров, касающихся того, из чего состоит ваше тело.

Для начала развеем ваши заблуждения и предвзятое мнение по поводу того, что вы собой представляете. То, о чём вы думаете, как о себе, то есть, кости, мускулы, кожа и другие органы, с точки зрения разных клеток составляют всего 4% типов клеток в вашем теле. Остальные 96% равномерно распределены между клетками крови и бактериями. Кровяные клетки, большинство из которых – эритроциты, живут всего по 120 дней до тех пор, пока не распадаются, а затем выводятся из тела и заменяются новыми клетками, создаваемыми костным мозгом. Бактерии живут везде – их можно найти по миллиону штук на каждом квадратном сантиметре коже, а десятки триллионов бактерий живут в кишечном тракте.

На ещё более фундаментальном уровне эти клетки состоят из молекул, состоящих в свою очередь из атомов. Если мы разобьём человеческое тело на атомные компоненты, то обнаружим астрономическое количество атомов – а на самом деле, количество, превышающее большинство чисел, относящихся к астрономии – внутри нас. В основном это будет кислород, углерод, водород и азот.

И эти атомы, составляющие ваши клетки, даже кальций в ваших костях, очень редко находятся в вашем теле всю вашу жизнь. Они отделяются, попадают в кровь, фильтруются почками и печенью, и выводятся, а новые атомы поглощаются и встраиваются в молекулы и клетки. Если бы вы сравнили сегодняшнее ваше тело с телом 7-летней давности, то обнаружили бы, что порядка 99,999% было заменено! Но в любой момент времени ваше тело состоит примерно из

• 1,7 × 10²⁷ атомов кислорода,

• 8,4 × 10²⁶ атомов углерода,

• 4,3 × 10²⁷ атомов водорода,

• 7,7 × 10²⁵ атомов азота,

и менее чем на 1% из всех остальных вместе, включая кальций, фосфор, серу, натрий, калий и хлор.

Почти весь кислород и водород приобретается через питьё воды и вдыхание воздуха, а почти весь углерод и азот получаются из еды. Вода и воздух довольно быстро совершают круговорот по планете, а это значит, что если бы вы отслеживали воздух последнего выдоха Гитлера, Цезаря и тираннозавра, у вас были бы примерно одинаковые шансы вдохнуть его (принимая, что их выдохи были сравнимы по количеству атомов). Но если бы вы отслеживали атомы углерода или азота, составлявших их тела, то увидели бы, что они не обязательно распределяются равномерно. Поскольку кислород и водород – самые распространённые элементы в телах, давайте сравним их с полной атмосферой планеты и мировым океаном.

Масса всей атмосферы составляет примерно 5,15 × 10¹⁸ кг, а это значит, что в ней содержится примерно 4,1 × 10⁴⁰ атомов кислорода (и почти в 4 раза больше атомов азота). Сумма всех озёр, океанов, морей, рек и ледяных шапок весит примерно 1,35 × 10²¹ кг, что даёт нам 4,5 × 10⁴³ атомов кислорода и 9,0 × 10⁴³ атомов водорода. Кажется, что это очень большие числа, но по сравнению с количеством атомов в теле человека – недостаточно большие.

Если вы кремируете человека, преобразуете содержавшуюся в теле воду в пар, дождётесь, пока он встроится в круговорот воды в природе и равномерно распределится по Земле, а затем подсчитаете, сколько из этих атомов водорода и кислорода можно встретить в теле случайного человека, вы удивитесь, насколько большой будет эта цифра.

1. Один из каждых 2,1 × 10¹⁶ атомов водорода в вашем теле находился в теле того человека. Один из каждых 2,6 × 10¹⁶ атомов кислорода в вашем теле находился в теле того человека.

2. Вспомним, что в типичном человеке содержится 1,7 × 10²⁷ атомов кислорода и 4,3 × 10²⁷ атомов водорода.

3. А это значит, что в теле любого человека содержится примерно 2 × 10¹¹ атомов водорода (200 миллиардов) и 6,5 × 10¹⁰ атомов кислорода (65 миллиардов), содержавшихся в теле любого другого человека, жившего до него.

Это очень много атомов! Это значит, что внутри вас сейчас содержатся сотни миллиардов атомов Тутанхамона, сотни миллиардов атомов Гитлера или Цезаря, а если отправиться в далёкое прошлое, триллионы атомов, находившихся в теле тираннозавра по прозвищу Сью в тот момент, когда она умерла.

Атомов так много, что если провести подобные подсчёты для воздуха, содержащегося в лёгких каждого из нас, то получится, что в лёгких любого человека в любой момент можно будет найти атом, который находился в последнем выдохе Цезаря (или Ленина, или Джорджа Вашингтона, или Александра Дюма). Молекулы воздуха и воды довольно быстро и просто равномерно перераспределяются, а значит, что у вас в лёгких может быть одна-две молекулы воздуха, бывших в лёгких любого другого человека десять лет назад. Но углерод, азот, кальций и прочие распределяются уже не так равномерно, так что в вашем организме может встретиться миллион или миллиард таких атомов, ранее побывавших в организме любой исторической фигуры, или их может не быть у вас совсем. Поскольку Тутанхамона мумифицировали, его вода и воздух вернулись в земной круговорот, а его углерод и азот – нет.

В следующий раз, когда будете вдыхать воздух или пить воду, подумайте об этом: вы, скорее всего, вдыхаете воздух или пьёте воду, малую часть которых вы делите со всеми людьми и со всеми существами, которые когда-либо будут жить здесь. На атомном уровне мы все объединены глубже, чем считает большинство из нас.

Ваша физика элементарных частиц

Четырнадцать миллиардов лет назад, когда горячее плотное пятнышко, которое было нашей Вселенной, быстро расширилось, вся материя и антиматерия, которые существовали, должны были аннигилировать и не оставить нам ничего, кроме энергии. И все же небольшое количество материи уцелело.

Мы пришли к миру, наполненному частицами. И не просто любые частицы — частицы, массы и заряды которых были достаточно точными, чтобы в них могла существовать человеческая жизнь. Вот несколько фактов о вашей физике элементарных частиц, которые заставят ваши электроны прыгать.

Работа Sandbox Studio, Чикаго, совместно с Аной Ковой

Частицы, из которых мы сделаны

Около 99 процентов вашего тела состоит из атомов водорода, углерода, азота и кислорода. Вы также содержите гораздо меньше других элементов, необходимых для жизни.

В то время как большинство клеток вашего тела регенерируются каждые 7-15 лет, многие из частиц, из которых состоят эти клетки, на самом деле существуют миллионы тысячелетий. Атомы водорода в вас образовались в результате Большого взрыва, а атомы углерода, азота и кислорода — в горящих звездах. Очень тяжелые элементы в вас были сделаны из взрывающихся звезд.

Размер атома определяется средним расположением его электронов. Ядра примерно в 100 000 раз меньше атомов, в которых они расположены. Если бы ядро ​​было размером с арахис, атом был бы размером с бейсбольный стадион. Если бы мы потеряли все мертвое пространство внутри наших атомов, каждый из нас смог бы уместиться в частице свинцовой пыли, а все человечество уместилось бы в объеме кусочка сахара.

Как вы можете догадаться, эти удаленные частицы составляют лишь крошечную часть вашей массы. Каждый из протонов и нейтронов внутри ядра атома состоит из трех кварков. Масса кварков, возникающая в результате их взаимодействия с полем Хиггса, составляет всего несколько процентов от массы протона или нейтрона. Глюоны, носители сильного ядерного взаимодействия, удерживающего вместе эти кварки, совершенно не имеют массы.

Если ваша масса не происходит из массы этих частиц, то откуда она берется? Энергия. Ученые считают, что почти вся масса вашего тела создается за счет кинетической энергии кварков и энергии связи глюонов.

Работа Sandbox Studio, Чикаго с Аной Ковой

Частицы, которые мы производим

Ваше тело представляет собой небольшой рудник радиоактивных частиц. Вы получаете ежегодную дозу в 40 миллибэр от естественной радиоактивности, возникающей внутри вас. Это такое же количество радиации, которому вы подверглись бы при четырех рентгенограммах грудной клетки. Уровень дозы облучения может повышаться на один или два миллибэр за каждые восемь часов, которые вы проводите во сне рядом с близким человеком, имеющим такое же радиоактивное излучение.

Вы излучаете радиацию, потому что многие продукты, которые вы едите, напитки, которые вы пьете, и даже воздух, которым вы дышите, содержат радионуклиды, такие как калий-40 и углерод-14. Они включаются в ваши молекулы и в конечном итоге распадаются и производят излучение в вашем теле.

Когда калий-40 распадается, он высвобождает позитрон, близнец антиматерии электрона, так что вы также содержите небольшое количество антиматерии. Средний человек производит более 4000 позитронов в день, около 180 в час. Но вскоре эти позитроны столкнутся с вашими электронами и аннигилируют с излучением в виде гамма-лучей.

Работа студии Sandbox Studio, Чикаго, совместно с Аной Ковой

Частицы, с которыми мы встречаемся

Радиоактивность, возникающая внутри вашего тела, — это лишь часть того излучения, с которым вы естественным образом (и безвредно) контактируете каждый день. Средний американец получает дозу облучения около 620 миллибэр каждый год. Пища, которую вы едите, дом, в котором вы живете, камни и почва, по которым вы ходите, подвергают вас воздействию низких уровней радиоактивности. Просто съев бразильский орех или посетив дантиста, вы можете увеличить дозу облучения на несколько миллибэр. Курение сигарет может увеличить его до 16 000 миллибэр.

Космические лучи, высокоэнергетическое излучение из космоса, постоянно попадают в нашу атмосферу. Там они сталкиваются с другими ядрами и производят мезоны, многие из которых распадаются на такие частицы, как мюоны и нейтрино. Все они падают на поверхность Земли и проходят через вас со скоростью около 10 в секунду. Они добавляют около 27 миллибэр к годовой дозе радиации. Эти космические частицы могут иногда нарушать нашу генетику, вызывая тонкие мутации, и могут быть фактором, способствующим эволюции.

В дополнение к бомбардировке нас фотонами, которые диктуют нам, как мы видим мир вокруг нас, наше Солнце также испускает натиск частиц, называемых нейтрино. Нейтрино — постоянные посетители вашего тела, проносящиеся через них со скоростью почти 100 триллионов каждую секунду. Помимо Солнца, нейтрино исходят из других источников, включая ядерные реакции в других звездах и на нашей собственной планете.

Многие нейтрино существуют с первых нескольких секунд ранней Вселенной, устарев даже ваши собственные атомы. Но эти частицы настолько слабо взаимодействуют, что проходят сквозь вас, не оставляя следов своего визита.

Вероятно, вы также сталкиваетесь с постоянным потоком частиц темной материи. Темная материя не излучает, не отражает и не поглощает свет, что затрудняет ее обнаружение, однако ученые считают, что она составляет около 80 процентов материи во Вселенной.

Глядя на плотность темной материи во Вселенной, ученые подсчитали, что сотни тысяч этих частиц могут проходить через вас каждую секунду, сталкиваясь с вашими атомами примерно раз в минуту. Но темная материя не очень сильно взаимодействует с материей, из которой вы состоите, поэтому вряд ли она окажет заметное влияние на ваше тело.

В следующий раз, когда вам будет интересно, как физика элементарных частиц применима к вашей жизни, просто загляните внутрь себя.

Из чего состоит тело человека?

В моей новой книге Что ты думаешь о себе? Я рассматриваю целый ряд факторов, которые делают вас такими, какие вы есть, от эволюционного процесса, сформировавшего нас как людей, до вашего сознания, личности и генетики. Но один фундаментальный аспект — это атомы, из которых состоит ваше тело.

На базовом уровне вы состоите всего из четырех типов частиц, которые существовали на протяжении большей части жизни Вселенной. В каком-то смысле это очень редукционистский подход. Вы можете справедливо утверждать, что вы намного больше, чем набор частиц. Однако было бы глупо отрицать их существование и то, что они являются объектами, из которых вы состоите.

Строительные блоки всего

Частицы внутри вас не совсем те, с которыми вы, возможно, сталкивались, если изучали естественные науки только на уровне средней школы (или какое-то время назад).

Наиболее знакомым будет электрон. Как и остальные три, это «фундаментальная» частица, то есть они не состоят из чего-то более простого. Потоки электронов создают электрические токи, а количество и распределение электронов вокруг атомов снаружи определяют их химическое поведение. Электроны маленькие. Около миллиона, триллиона, триллиона из них весят килограмм.

Мы знаем об электронах с конца 1890-х годов. Но названия других составных частиц, из которых вы состоите, — кварков и глюонов — не вошли в язык до 1960-х годов.

Вам может быть интересно, что случилось с протонами и нейтронами. Это знакомые частицы, составляющие центральное ядро ​​атома, но у каждой есть подкомпоненты. Каждый протон состоит из двух верхних и одного нижнего кварков, удерживаемых вместе потоком глюонов, а каждый нейтрон содержит один верхний кварк и два нижних кварка, опять же связанные глюонами.

Узнайте больше о человеческом теле:

• Люди все еще развиваются?
• Почему у нас разные группы крови?

В некотором смысле стоит отметить, однако, что в этом анализе отсутствует очень важный компонент. Это ничего. Безусловно, самая большая составляющая вас — это пустота. Пустота. Это не нигилистическое погружение в мрак души, а реальная оценка своего сочинения.

Еще

Давайте рассмотрим простейший тип атома в вашем теле — атом водорода. Если бы мы могли как-то визуализировать то, что происходит в субмикроскопическом масштабе, где-то посередине был бы один протон, состоящий из кварков и глюонов.

Снаружи, в нечеткой области вероятности, должен быть электрон. А между ними будет куча ничего. Атом водорода составляет около 99,9999999999996 процентов пустого пространства.

Старое сравнение относительного размера ядра и атома водорода — муха в лондонском Альберт-Холле. Другой способ взглянуть на это так: если бы атом был размером с Землю, ядро ​​имело бы около 200 метров в поперечнике, а остальное — пустое пространство.

Химические компоненты вас

То, что мы видели до сих пор, является взглядом физика. Для многих более знакомый способ взглянуть на эти строительные блоки — это химические элементы.

Это увеличивает количество основных компонентов с четырех основных частиц, но, принимая во внимание, что в типичном человеке весом 70 кг (150 фунтов) около 7 миллиардов миллиардов миллиардов атомов, все еще довольно упрощенно понимать, что мы можем объяснить 99,95% веса вашего тела всего с одиннадцатью элементами.

Узнайте больше о химии:

• Действительно ли синтетические химикаты вредны для вас?
• Откуда атомы «знают», с какими другими атомами связываться?

Вы, наверное, слышали, что большая часть вашего тела состоит из воды. Это может показаться маловероятным: тело ощущается довольно прочным. Но большая часть вас состоит из клеток, наполненных водой. Там достаточно структуры, чтобы маловероятно, что вы сбежали в канализацию, но там много воды. Наиболее распространенная цифра состоит в том, что около 60 процентов вашего тела состоит из воды — даже ваши кости примерно на 30 процентов состоят из воды.

Зная, что вода состоит из водорода и кислорода – H ₂ O – может показаться, что элементы, занимающие первое место в таблицах массы тела, должны быть водородом и кислородом, но есть также огромное количество этого самого универсального атомов, углерода, настоящее время. Вся жизнь, какой мы ее знаем, состоит из воды и основана на углеродных структурах.

Вся жизнь, какой мы ее знаем, состоит из воды и основана на углеродных структурах © Getty Images

Поскольку атомы углерода в 12 раз тяжелее атомов водорода, углерод занимает второе место после кислорода по весу, с примерно 65 процентами кислорода, 18 процентов процента углерода и 10,2 процента водорода в вашем теле.

Добавьте небольшое количество азота (3,1 %), щепотку кальция для костей (1,6 %), 1,2 % фосфора, примерно по 0,25 % калия и серы, с меньшим процентным содержанием натрия, хлора и магний, и вы достигли отметки 99,95%.

Сколько стоит твое тело?

Один из способов оценить, на что вы способны, — посмотреть на стоимость элементов вашего тела на открытом рынке. Это не простой расчет, но по одной из оценок он составляет около 125 фунтов стерлингов (160 долларов США).

Такие оценки сильно разнятся. Чтобы понять почему, рассмотрим кислород и водород. В приведенной выше оценке использовалась стоимость за килограмм в размере 0,17 фунта стерлингов (0,20 доллара США) для обоих продуктов. Но вода стоит меньше — в моем последнем счете за воду указана плата в размере 0,13 фунта стерлингов за килограмм, а это недешевый способ получения воды.

В общей сложности, по этой оценке, водород и кислород в вашем теле стоят около 9,40 фунтов стерлингов (11,40 долларов США), но это намного меньше, чем 160 г калия в вашем косметике, стоимость которых составляет 86 фунтов стерлингов (104 доллара США). , доминируя над химической ценностью вашего тела.

Опять же, если мы попытаемся купить эквивалентное количество калия, мы получим сильно различающиеся цены. Например, за металлический калий лабораторного качества мне пришлось бы заплатить около 414 фунтов стерлингов (500 долларов США). С другой стороны, банан содержит около 0,4 г калия, поэтому 400 бананов дают нам необходимые 160 г. Я могу купить их в супермаркете по цене 56 фунтов стерлингов (68 долларов США) и даже дешевле.

Калий в бананах намного дешевле, чем сам по себе © Getty Images

Понятно, что мы никогда не достигнем точного значения. Другие оценивают химический состав тела в сумму от 0,83 фунта стерлингов (1 доллар США) до 1650 фунтов стерлингов (2000 долларов США).

В высокой цифре, например, преобладает водород, потому что он был оценен в 83 фунта стерлингов (100 долларов США) за килограмм, исходя из цены на водородное топливо для автомобилей. Низкое значение использовало старые данные и почти наверняка связано с ошибкой расчета. Тем не менее, мы чувствуем цену того, что находится внутри вас.

История жизни атома

Каждый атом в тебе откуда-то взялся. Атомы в вашем теле постоянно заменяются с разной скоростью — одни остаются лишь на часы, другие на несколько лет, но за десятилетний период большинство заменится. И есть только два очевидных способа приобщиться к своему телу — воздух, которым вы дышите, и еда и питье, которые вы потребляете. Атомы, которые включаются в ваше тело, ранее находились в воздухе, растениях, животных и минералах.

Если бы мы могли проследить историю отдельного атома, то узнали бы, что он много раз входил в состав других животных и растений. Здесь задействовано так много атомов, что ваше тело включает в себя атомы, которые ранее были в теле выбранной вами исторической знаменитости.

Имейте в виду, что вы содержите примерно в 100 000 раз больше атомов, чем количество людей, которые когда-либо существовали. На самом деле ваши атомы присутствуют почти во всех видах живых существ, от деревьев до травы, от насекомых до собак.

Подробнее об атомах:

• Если атомы в основном представляют собой пустое пространство, то почему материя непрозрачна?
• Можем ли мы когда-нибудь изучать физику элементарных частиц более изящно, чем просто сталкивая атомы?

Те же самые атомы были у динозавров, а на протяжении всего существования жизни на Земле многие из них также были у бактерий. За исключением нескольких атомов, образовавшихся в результате радиоактивного распада, каждый атом в вашем теле уже существовал, когда Земля образовалась около 4,5 миллиардов лет назад.

Итак, если ваши атомы уже существовали, когда возникла Земля, то откуда вы на самом деле? Солнечная система образовалась из космического газа и пыли, у которых могло быть только два источника.

Самым ранним из них является Большой взрыв около 13,8 миллиардов лет назад, ответственный за производство водорода. Остальные атомы были произведены в звездах, которые затем взорвались в огромных космических конвульсиях, известных как сверхновые.