Vad man inte kan se med blotta ögat

SMÅ osynliga dammpartiklar svävar omkring i luften. Men så kommer några solstrålar genom fönstret, och plötsligt kan man se det som tidigare var osynligt. De genomträngande ljusstrålarna gör partiklarna synliga för mänskliga ögon.

Tänk också på det synliga ljuset, som tycks vara vitt eller färglöst för blotta ögat. Vad händer om solljuset skiner från rätt håll genom små vattendroppar? Vattnet tjänar som ett prisma, och vi kan se en regnbåge med vackra färger!

Det är i själva verket så att de föremål vi ser runt omkring oss reflekterar olika våglängder av ljuset, vilka våra ögon uppfattar som färger. Det gröna gräset, till exempel, tillverkar inte självt grönt ljus, utan det absorberar alla våglängder i det synliga ljuset förutom grönt. Gräset reflekterar den gröna våglängden tillbaka till vårt öga, och det är därför gräset uppfattas som grönt.

Instrument ger hjälp

På senare år har mycket som är osynligt för blotta ögat blivit synligt med hjälp av moderna uppfinningar. Vi kan med hjälp av ett vanligt mikroskop titta på en till synes livlös vattendroppe och upptäcka att den är full av alla möjliga slags varelser i rörelse. Och ett hårstrå, som för blotta ögat tycks vara jämnt och slätt, visar sig vara ojämnt och grovt. Man kan med hjälp av mycket kraftiga mikroskop förstora föremål en miljon gånger, vilket motsvarar att förstora ett frimärke till ett litet lands storlek!

Numera använder forskare ännu kraftigare mikroskop och kan därigenom få konturbilder av ytor ner till atomskala. Det här ger dem en inblick i vad som till ganska nyligen låg bortom det mänskliga ögats förmåga.

Men vi kanske också tittar upp mot himlen en natt och ser stjärnor. Hur många? Med blotta ögat kan vi se bara några tusen som mest. Men när teleskopet uppfanns för nästan 400 år sedan, blev det möjligt att se många fler. Längre fram, på 1920-talet, kunde man med hjälp av ett kraftigt teleskop vid Mount Wilson-observatoriet se att det finns galaxer bortom vår egen och att de också består av ett oräkneligt antal stjärnor. I dag använder forskarna sofistikerade hjälpmedel för att utforska universum, och de beräknar att det finns tiotals miljarder galaxer, av vilka många består av hundratals miljarder stjärnor!

Det är verkligen fantastiskt att teleskop har visat att miljarder stjärnor, som vi kan se som Vintergatan därför att de tycks ligga så nära varandra, ligger på avstånd från varandra som är ofattbart stora. På liknande sätt har man med hjälp av kraftfulla mikroskop kunnat se att objekt som tycks vara solida i själva  verket utgörs av atomer som huvudsakligen består av tomrum.

Det oändligt lilla

Den minsta lilla prick som man kan se under ett vanligt mikroskop består av mer än tio miljarder atomer! Likväl upptäckte man år 1897 att atomen har små partiklar, så kallade elektroner, vilka rör sig i omloppsbanor. Så småningom upptäckte man att atomkärnan, kring vilken elektronerna kretsar, består av partiklar som är större än elektronen: neutroner och protoner. De 88 olika slags atomer, eller grundämnen, som förekommer naturligt på jorden har i stort sett samma storlek, men de väger olika mycket, eftersom de har ett gradvist ökande antal av dessa tre grundläggande partiklar.

Elektronerna — när det gäller väteatomen rör det sig om en enda elektron — virvlar runt i utrymmet runt atomkärnan miljarder gånger på en miljondels sekund och ger således atomen en form och får den att uppträda som om den var solid. Det skulle behövas nästan 1.840 elektroner för att uppnå den massa som en proton eller en neutron har. Både protonen och neutronen är cirka 100.000 gånger mindre än själva atomen!

För att få en uppfattning om hur tom en atom är kan du försöka göra dig en bild av kärnan i en väteatom i förhållande till dess elektron. Om denna kärna, som består av en enda proton, hade samma storlek som en tennisboll, skulle elektronen vara omkring fyra kilometer bort!

I ett reportage om hundraårsfirandet av upptäckten av elektronen kunde man läsa följande: ”Det är inte många som tvekar att fira något som ingen har sett, som inte har någon urskiljbar storlek men som ändå har en mätbar vikt och en elektrisk laddning — och som snurrar som en snurra. ... I dag är det ingen som ifrågasätter tanken på att saker vi aldrig kan se existerar.”

Sådant som är ännu mindre

Partikelacceleratorer, med vilka man kan slunga partiklar mot varandra, gör det nu möjligt för forskare att få en inblick i atomkärnan. Resultatet har blivit att man nu kan läsa om många partiklar med egendomliga namn — positroner, fotoner, mesoner, kvarkar och gluoner för att nämna bara några få. Alla är osynliga, till och med i de kraftfullaste mikroskopen. Men med sådan utrustning som dim- och bubbelkammare och scintillationsräknare kan man se spår av deras existens.

Forskarna kan nu se det som en gång var osynligt. När de gör det, förstår de betydelsen av vad de tror är de fyra grundläggande krafterna — gravitation, elektromagnetisk kraft och två subnukleära krafter som benämns ”svaga kraften” och ”starka kraften”. En del forskare arbetar med vad som kallas ”teorin om allting”, som de hoppas skall ge en begriplig förklaring av universum, från det makroskopiska till det mikroskopiska.

Vad kan man lära av att betrakta det som blotta ögat inte kan se? Och vilka slutsatser har många dragit, på grundval av det forskarna har kommit fram till? Följande artiklar kommer att ge svar på det.

[Bilder på sidan 3]

Bilder som visar nickelatomer (överst) och platinaatomer

[Bildkälla]

Genom tillmötesgående från IBM Corporation, Research Division, Almaden Research Center