Чого не видно неозброєним оком

КРИХІТНІ частинки пилу непомітно кружляють у повітрі. Аж ось через вікно падає пучок сонячного світла й раптом те, що було невидиме, стає видимим. Сонячний промінь, який проник у кімнату, викрив присутність цих частинок.

Але це ще не все, на що здатне видиме світло, яке для неозброєного ока здається білим або безбарвним. Що стається, коли сонячне світло падає на краплинки води під відповідним кутом? Вода, виконуючи роль призми, розкладає його, і перед нами постає чудова різнокольорова веселка!

По суті, те, що наші очі сприймають як кольори, є лише сукупністю світлових хвиль різної довжини, відбитих навколишніми предметами. Наприклад, зелена трава сама по собі не випромінює зеленого світла, а радше поглинає світло всіх інших кольорів, окрім зеленого. Трава відбиває зелене світло, тому видається нам зеленою.

Озброєні інструментами, створеними людиною

Завдяки сучасним винаходам люди в останні роки змогли побачити чимало з того, що невидиме для неозброєного ока. Коли подивитися у звичайний мікроскоп на нібито позбавлену будь-яких форм життя краплину води, виявиться, що в ній рухається сила-силенна створінь. А пасмо волосся, яке здається гладеньким та рівним, насправді нерівне й шершаве. Дуже потужні мікроскопи можуть збільшити об’єкти у мільйон разів, що дорівнює збільшенню поштової марки до розмірів невеликої країни!

Сьогодні, використовуючи ще потужніші мікроскопи, вчені отримують контурне зображення поверхні предметів на атомарному рівні. Завдяки цьому перед ними відкривається те, що донедавна було недосяжне людському зору.

А тепер звернімо свою увагу на нічне зоряне небо. Скільки зірок може побачити людина? Неозброєним оком — щонайбільше кілька тисяч. Однак коли близько 400 років тому винайшли телескоп, на небі стало видно набагато більше зірок. Потім, у 1920-х роках, завдяки потужному телескопу в обсерваторії Маунт-Вілсон було виявлено, що поза нашою галактикою простягаються інші галактики, які також містять незліченну кількість зір. А сьогодні науковці, послуговуючись дуже складними приладами для дослідження Всесвіту, уже говорять про існування десятків мільярдів галактик, багато з яких нараховують сотні мільярдів зірок!

За допомогою телескопів було зроблено вражаюче відкриття: мільярди зірок, що через гадану близькість виглядають як Молочний Шлях, насправді відділені одні від одних незбагненно великими відстанями. Потужні мікроскопи також відкрили для людського ока, що об’єкти, які здаються суцільними,  насправді побудовані з атомів, котрі майже зовсім порожні.

Нескінченно малі

Найкрихітніша частинка, яку можна роздивитися у звичайний мікроскоп, складається з понад десяти мільярдів атомів! Але 1897 року було відкрито, що в атомах є зовсім маленькі частинки — електрони, які рухаються навколо ядра. З часом з’ясувалося, що ядро атома побудоване з більших частинок — нейтронів і протонів. Усі 88 видів атомів, або елементів, які трапляються у природному стані на Землі, майже однакові за розміром, але різняться масою, оскільки кожен наступний має більше число цих трьох основних частинок.

Електрони — у випадку атома водню це один електрон — обертаються навколо ядра атома мільярди разів за мільйонну частку секунди, і таким чином надають атому форму й змушують його поводитися так, ніби він суцільний. Для того щоб маса електронів дорівнювала масі протона або нейтрона, потрібно близько 1840 електронів. А протони і нейтрони майже у 100 000 разів менші за сам атом!

Аби зрозуміти, наскільки атом порожнистий, спробуйте уявити співвідношення між розміром ядра атома водню та відстанню до його електрона. Якби це ядро, що складається з одного протона, було завбільшки з тенісний м’ячик, то електрон обертався б навколо нього на відстані близько 3 кілометрів!

У звіті з нагоди столітнього ювілею з часу відкриття електрона говорилося: «Мало хто вагається святкувати відкриття того, що ніхто не бачив і розміри чого невідомі, але що має певну масу та електричний заряд, до того ж крутиться, як дзиґа. (...) Сьогодні вже ніхто не сумнівається в існуванні того, що людина не в стані побачити».

Ще крихітніші об’єкти

Завдяки пристроям для розщеплення атома, у яких прискорені частинки матерії стикаються одні з одними, вчені нині змогли заглянути всередину атомного ядра. Внаслідок цього було виявлено багато частинок, яким дали незнані до того назви: позитрони, фотони, мезони, кварки, глюони та чимало інших. Усі вони невидимі навіть у найпотужніші мікроскопи. Однак послуговуючись такими приладами, як камера Вільсона й бульбашкова камера, а також сцинтиляційний лічильник, можна реєструвати сліди їхнього існування.

Сьогодні дослідники бачать те, що колись було невидимим. Це допомагає їм усвідомити значення чотирьох так званих фундаментальних взаємодій: гравітаційної, електромагнітної та двох суб’ядерних — слабкої і сильної. Декотрі науковці намагаються сформулювати, як вони кажуть, «єдину теорію», що могла б дати одне зрозуміле пояснення будови цілого Всесвіту — від макросвіту до мікросвіту.

Чого ж можна навчитися, розглядаючи те, що невидиме для неозброєного ока? І якого висновку дійшло багато осіб на основі того, про що довідалися? Відповіді на ці запитання містяться у наступних статтях.

[Ілюстрації на сторінці 3]

Зображення атомів нікелю (вгорі) та атомів платини.

[Відомості про джерело]

З люб’язного дозволу IBM Corporation, Research Division, Almaden Research Center