The law of conservation of mass - Todd Ramsey

Закон сохранения массы — Тодд Рамси

Переводчик: Victoria Derksen Редактор: Anna Kotova

Where does all this stuff come from?

Каково происхождение вещей?

This rock?

Камня?

That cow?

Коровы?

Your heart?

Человеческого сердца?

Not the things themselves, mind you, but what they're made of:

Не вещей самих по себе, конечно, а того, из чего они состоят, —

the atoms that are the fabric of all things.

атомов, строительных материалов всего сущего.

To answer that question, we look to the law of conservation of mass.

Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к закону сохранения массы.

This law says take an isolated system

Согласно закону, рассмотрим замкнутую систему,

defined by a boundary that matter and energy cannot cross.

защищённую так, что ни энергия, ни вещество не проникают в неё.

Inside this system, mass, a.k.a. matter and energy,

Внутри такой системы масса, также известная как вещество и энергия,

can neither be created nor destroyed.

не может быть создана или уничтожена.

The universe, to the best of our knowledge,

Вселенная, насколько нам известно,

is an isolated system.

является замкнутой системой.

But before we get to that, let's look at a much smaller and simpler one.

Прежде чем перейти к этому вопросу, рассмотрим систему намного меньше и легче.

Here we have six carbon atoms, 12 hydrogen atoms,

Возьмём 6 атомов углерода, 12 атомов водорода

and 18 oxygen atoms.

и 18 атомов кислорода.

With a little energy, our molecules can really get moving.

Применив немного энергии, молекулы можно привести в действие.

These atoms can bond together to form familiar molecules.

Соединяясь, атомы образуют хорошо известные нам молекулы.

Here's water,

Например, молекулы воды

and here's carbon dioxide.

и углекислого газа.

We can't create or destroy mass.

Мы не можем создать или уничтожить массу.

We're stuck with what we've got, so what can we do?

Мы остаёмся с тем, что у нас есть. Что же тогда мы можем сделать?

Ah, they have a mind of their own.

Атомы существуют сами по себе.

Let's see. They've formed more carbon dioxide and water, six of each.

Давайте разберёмся. Атомы сформировали по шесть молекул углекислого газа и воды.

Add a little energy, and we can get them to reshuffle themselves to a simple sugar,

Воздействие небольшого количества энергии может привести к их преобразованию в сахар

and some oxygen gas.

и газообразный кислород.

Our atoms are all accounted for: 6 carbon, 12 hydrogen, and 18 oxygen.

Мы брали 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 18 атомов кислорода.

The energy we applied is now stored in the bonds between atoms.

Применённая энергия скопилась в соединениях между атомами.

We can rerelease that energy

Мы можем повторно высвободить эту энергию

by breaking that sugar back into water and carbon dioxide,

и преобразовать сахар обратно в воду и углекислый газ,

and still, same atoms.

т.е. получить исходные атомы.

Let's put a few of our atoms aside and try something a little more explosive.

Давайте уберём несколько атомов и попробуем получить что-то взрывоопаснее.

This here is methane, most commonly associated with cow flatulence,

Например, метан, который в основном ассоциируется с выделением газов,

but also used for rocket fuel.

а также используется как ракетное топливо.

If we add some oxygen and a little bit of energy,

Добавив немного атомов кислорода и применив энергию,

like you might get from a lit match,

к примеру, от пламени спички,

it combusts into carbon dioxide, water and even more energy.

мы получим двуокись углерода, воду и ещё большее количество энергии.

Notice our methane started with four hydrogen,

Обратите внимание, перед реакцией в метане было 4 атома водорода.

and at the end we still have four hydrogen captured in two water molecules.

В конце также осталось 4 атома водорода, которые преобразовались в 2 молекулы воды.

For a grand finale, here's propane, another combustible gas.

В заключение рассмотрим пропан — ещё один горючий газ.

We add oxygen, light it up, and boom.

Добавляем атомы кислорода, поджигаем... Ба-бах!

More water and carbon dioxide.

Ещё больше молекул воды и углекислого газа.

This time we get three CO2s

В этот раз мы получили 3 молекулы СО2,

because the propane molecule started with three carbon atoms,

так как молекула пропана изначально содержала 3 атома углерода,

and they have nowhere else to go.

и они не могут никуда исчезнуть.

There are many other reactions we can model with this small set of atoms,

С таким небольшим количеством атомов можно создать множество реакций.

and the law of conservation of mass always holds true.

Закон сохранения массы тем не менее остаётся всегда неизменным.

Whatever matter and energy go into a chemical reaction

В какую бы реакцию не вступили бы вещество и энергия,

are present and accounted for when it's complete.

их количество после реакции будет таким же, как и до реакции.

So if mass can't be created or destroyed,

Если массу нельзя создать или уничтожить,

where did these atoms come from in the first place?

то что же является первоисточником атомов?

Let's turn back the clock and see.

Давайте повернём время вспять.

Further, further, further, too far.

Дальше... дальше... дальше... слишком далеко.

Okay, there it is.

Вот он!

The Big Bang.

Большой взрыв.

Our hydrogen formed from a high-energy soup of particles

Водород образовался из раскалённого моря элементарных частиц

in the three minutes that followed the birth of our universe.

через три минуты с момента образования нашей вселенной.

Eventually, clusters of atoms accumulated and formed stars.

В результате скопление групп атомов привело к образованию звёзд.

Within these stars, nuclear reactions fused light elements,

Ядерная реакция внутри звёзд соединила лёгкие химические элементы,

such as hydrogen and helium,

такие как водород и гелий.

to form heavier elements, such as carbon and oxygen.

Так произошли более тяжёлые элементы, такие как углерод и кислород.

At first glance, these reactions may look like they're breaking the law

На первый взгляд может показаться, что всё это нарушает законы физики.

because they release an astounding amount of energy,

При реакции выделяется огромное количество энергии,

seemingly out of nowhere.

казалось бы, из ниоткуда.

However, thanks to Einstein's famous equation,

Тем не менее благодаря знаменитому уравнению Эйнштейна

we know that energy is equivalent to mass.

нам известно, что энергия равна массе.

It turns out that the total mass of the starting atoms

Получается, что суммарная масса первоначальных атомов

is very slightly more than the mass of the products,

ненамного больше массы получившихся атомов.

and that loss of mass perfectly corresponds to the gain in energy,

То есть, потеря массы соответствует выделенной энергии,

which radiates out from the star as light, heat and energetic particles.

которая исходит от звёзд в виде света, тепла и частиц высокой энергии.

Eventually, this star went supernova

Впоследствии появилась сверхновая звезда,

and scattered its elements across space.

рассеивающая свои частицы в космосе.

Long story short, they found each other and atoms from other supernovas,

Словом, эти частицы встретили друг друга, а также атомы других сверхновых,

formed the Earth,

сформировали Землю,

and 4.6 billion years later got scooped up to play their parts

а спустя 4,6 миллиарда лет они собрались, чтобы сыграть свою роль

in our little isolated system.

в нашей маленькой замкнутой системе.

But they're not nearly as interesting as the atoms that came together to form you,

Но они едва ли столь же интересны, как атомы, из которых состоит человек,

or that cow,

или корова,

or this rock.

или камень.

And that is why, as Carl Sagan famously told us,

Вот почему, согласно знаменитому высказыванию Карла Сагана,

we are all made of star stuff.

мы все состоим из звёздной пыли.