Mikroszkopikus méretek

Ebben a videóban azt szeretném megvizsgálni, mi történik, ha elérjük a nagyon-nagyon kicsi méreteket. Még mielőtt elkezdünk ezen gondolkodni, szeretném, ha megismerkednénk a mértékegységekkel. Mindannyian tudjuk, hogy néz ki egy méter. Egy átlagos felnőtt férfi egy kicsivel alacsonyabb, mint 2 méter. Ha egy métert 1000 részre osztanál, akkor egy millimétert kapnál. Valószínűleg tudod, hogy mi az a milliméter. Ha láttál valaha méterrudat, ez a legkisebb egység rajta. Tehát ezt már elég nehéz látni. Na most, ha minden egyes millimétert felosztanál 1000 részre, akkor egy mikrométert kapnál. Vagy úgy is gondolhatsz a mikrométerre, hogy az egymilliomod része a méternek. Tehát ez már túl van azon, amit valójában képesek vagyunk érzékelni. Ha vennéd a mikrométert, és felosztanád 1000 részre, akkor egy nanométert kapnál. Vagyis most a méter egy milliárdod részénél vagyunk. Ezt elosztod 1000-rel, akkor pikométert kapsz, tehát a pikométer a méter 1000 milliárdod része, vagy mondhatjuk úgy is, hogy billiomod része. Ha ezt elosztod 1000-rel, akkor egy femtométert kapsz. Ezek tehát elképzelhetetlenül kicsi dolgok. Most, hogy megismerkedtünk a mértékegységekkel, vizsgáljuk meg, milyen típusú dolgokat találunk ezekben a különböző méretekben. Innen elölről kezdem. Leírtam ide balra is, de sokkal meggyőzőbb, ha a képeket nézed. A méhecskével kezdjük. Önkényesen választottam valamit, ami ekkora méretű. Nagyon, nagyon sok, csaknem végtelen számú ilyen méretű dolgot választhattam volna. Egy átlagos méhecske 2 cm hosszú. Ez a méhecske itt. Ez körülbelül századrésze egy átlagos emberi lény magasságának. De még egyszer, a háziméh nem túl izgalmas, habár egy kicsit izgalmas ilyen nagyításban látni. De a háziméh olyan valami, amiről van fogalmunk, mindannyian láttunk már méhecskét. Most az akarom csinálni, hogy ráközelítek, vagyis valami olyat nézek, ami 50-szer kisebb, mint a mézelő méh. Tehát valamit, amit ha meg akarnám mutatni, hogy mekkora a méhecskéhez képest, akkor az valahogy így nézne ki, csak nagyjából mutatom. És ez itt egy poratka. Ez a két kép a poratkáról készült. Itt a poratka furcsa és idegen lénynek tűnik, de ami elképesztő bennük, hogy mindenhol ott vannak, Mindenhol ott vannak körülöttünk. Valószínűleg most is sok közülük ott hever a bőrödön vagy bárhol máshol, ami elég rémisztő gondolat. No de mi most nagyságrendekről beszélünk, és egy átlagos poratka – az előbb a centiméterről beszéltünk, most pedig milliméterről beszélünk –, egy átlagos poratka kisebb, mint fél milliméter. Vagy ha mikrométerben akarjuk kifejezni, akkor körülbelül 400 mikrométer hosszú. Tehát ez a hosszúság itt körülbelül 400 mikrométer, azaz kb. 1/50 része – emlékszel, ez a hatalmas valami, amit itt mutatok, az a méhecske –, ez kb. 1/50-e a háziméh hosszának. Vagy esetleg másképp fogalmazva, ez ismerősebb lehet, ez egy nagyított felvétel egy emberi hajszálról. Azt mondhatod, hogy istenem, ennek az embernek borzalmas a haja, de nem. Ha megnéznéd a saját hajszáladat elektronmikroszkóp alatt, szerencsés lennél, ha ilyen jól nézne ki. Ez az ember – tulajdonképpen láttam már képeket ennél sérültebb hajszálakról is –, ez itt valószínűleg sima és selymes haj. De az átlagos emberi hajszál – átlagosan, mert attól függ, kinek a hajáról beszélünk –, az emberi hajszál átmérője 100 – nem látszik, ha ezzel a színnel írom – kb. 100 mikrométer vastag. Ennyi az átmérője. Tehát körülbelül negyedrésze a poratka hosszának. Vagy ha rajzolnék egy emberi hajszálat, hogy összehasonlítsuk ezzel a háziméhhel, akkor valahogy így nézne ki. Körülbelül ilyen lenne – egy egész hajszálat rajzolok –, a szélessége ilyen lenne, mint ennek, amit ide rajzoltam. Ne feledd, hogy itt egy méhecskét látunk. Valamiféle óriásnak látszik, de ez egy háziméh. Nagyítsunk tovább! A méhecskével kezdtünk. 50-szeres nagyítással megkaptuk a poratkát. További négyszeres nagyítás után megkapjuk az emberi hajszál szélességét. Ha így ráközelítünk, akkor most a mikrométeres tartományban vagyunk. Ha tovább nagyítunk, nagyjából újabb tízszeresre, akkor eljutunk a sejtek méretéhez. Ez itt egy vörösvérsejt. Azt hiszem, hogy ez pedig egy fehérvérsejt. Körülbelül 6-8 mikrométeresek. Tehát ismét, ha rajzolnék egy sejtet, és összehasonlítanám ezzel az emberi hajszállal, akkor talán valahogy így nézne ki. Valami olyasmi méret, amit még mindig tudunk mihez hasonlítani, olyan, mint a pókfonál vastagsága. Körülbelül 3-8 mikrométer. Tehát ha rajzolnék valami pókfonalat ugyanerre az ábrára, akkor valahogy így nézne ki. Ez egy valódi felvétel egy pókhálóról. Szóval ez ismét valami olyan, amit érzékelhetünk. Nekiütközhetsz, megtapinthatod a pókfonalat. Láthatod, ha a napsugarak éppen visszaverődnek róla, vagy ha van rajta egy kis nedvesség. De ez körülbelül a legvékonyabb dolog, amit az ember érzékelhet. Egy mikrométer nagyságrendű. Ugyanebbe a tartományba esik néhány nagyobb baktérium. A baktériumok mérete – nagyon durva közelítéssel – 1-től 10 mikrométerig terjedhet. Tehát általánosságban kisebbek, mint a sejtek. A legtöbb baktérium kisebb, mint a legtöbb sejt. Csak hogy lássuk, hol vagyunk a skálánkon, itt van. Tehát elindultunk – csak hogy ne felejtsük el – az emberektől. Elosztod százzal, a méhecskét kapod. Tehát minden ilyen vonás itt azt jelenti, hogy 10-zel osztunk. Ez itt egy osztás 10-zel, ha ismét osztunk 10-zel, akkor 100-zal osztottunk. Osszunk 10-zel ismét, akkor millimétert kapunk. Eddig ezerrel osztottunk. Osszunk megint 10-zel, ekkor a milliméter tizedrészét kapjuk, ami körülbelül az emberi hajszál mérete. Osszunk ismét 10-zel, így a 10 mikrométer nagyságrendhez jutunk. Ismét 10-zel osztva a mikrométer nagyságrendhez érünk. Tehát most az emberi hajszálról beszélünk – nem, nem az emberi hajszálról, a hajszál itt volt fent –, a sejtekről beszélünk. A baktériumokról beszélünk. Most kezd minden megbolondulni. Most nagyon-nagyon őrültté válnak a dolgok. Ez volt az egy mikrométer nagyságrend. Most pedig elérkezünk a 100 nanométeres tartományba. Csak hogy érzékeltessem a dolgot: emlékszel, a nanométer a mikrométer ezredrésze, vagyis 100 nanométer a mikrométer tizedrésze. Ez a kép itt, ez a nagy hatalmas bolygónak vagy aszteroidának kinéző dolog, ez egy fehérvérsejt. A hatalmas kék valami a képen. Ha lekicsinyíteném, valahogy úgy nézne ki, mint ez itt. De ami igazán lenyűgöző ezen a képen – több okból is –, ezek a kis zöld valamik, amelyek megjelennek, miután létrejöttek, kilépnek ennek a fehérvérsejtnek a felszínéről. Ezek a valamik, ezek AIDS vírusok. Szóval ha most körülbelül egy újabb egységgel nagyítunk, körülbelül 100-szorostól ezerszeresig a sejt méretéhez képest, akkor most már eljutunk egy vírus méretéhez. Az összes genetikai anyag, ami ennek a vírusnak a szaporodásához szükséges, itt van ezekben a kis kapszidokban, itt van minden egyes ilyen kis zöld tárolóban. Tehát most, visszatérve a skálánkhoz – hadd menjek ide a skálámhoz –, lenn vagyunk egy vírus méreténél. A 100 nanométer nagyságrendnél vagyunk. Ha osztunk 10-zel, és aztán megint osztunk 10-zel, elérünk a nanométer nagyságrendhez. És pontosan a nanométer nagyságrendben eljutunk a DNS molekula kettős spiráljának szélességéhez. Tehát ez itt, ha felnagyítanád... – ez egy művészi ábrázolás, nyilvánvalóan, ez nem fénykép, hogy úgy mondjam, a DNS molekuláról, de ennek a kettős spirálnak a szélessége 2 nanométer. Vagy másképpen körülbelül 1/60-a ezeknek a víruskapszidoknak az átmérőjének. Ekkorának kellene lennie, mert az egésznek fel kell tekerednie, és bele kell férnie egy víruskapszidba. És ez – csak hogy világos legyen –, ez csak a DNS szélessége. Ez sokkal, sokkal, sokkal hosszabb. Beszélhetünk erről későbbi videókban. Tehát még egyszer, nagyon-nagyon kicsi méreteknél vagyunk. Ha méterben akarod kifejezni, akkor két milliárdod méternél vagyunk. 500 millió ilyet tudnál egymás mellé tenni, hogy egy métert kapj. Vagy akár úgy is felfoghatod, hogy ez a milliméternek a két milliomod része. Tehát még egyszer, rendkívül kicsi. Egymás mellé tehetnéd őket: egy DNS és egy másik DNS, és ha összeillesztetted őket, 500 000-et rakhatnál egymás mellé 1 milliméteren. Ez tehát elképzelhetetlenül kicsi méret. Most pedig mutatok neked egy másik mértékegységet, amelyik nem olyan, mint a hagyományosak, amiknél van egy előtag és utána, hogy méter. Ez az angström. 10 angström egyenlő egy nanométerrel. Tehát ennek a DNS kettős spirálnak a szélessége 2 nanométer vagy 20 angström lenne. Na most, ha megint osztanánk 10-zel, akkor olyan valamit kapnánk, ami 2 angström vagy 0,2 nanométer széles. Ez pedig a vízmolekula. Talán a piros helyett használhatnék kéket vagy ilyesmit. Na de ez itt az oxigén, és ez hozzákapcsolódik két hidrogénhez. Szóval, tudod, ez már őszintén szólva túl van az emberi érzékelésen, vagy akár az olyan dolgokon, amiket el tudunk képzelni, az érzékelésről nem is beszélve. Nehéz elképzelni, milyen kicsik ezek, amikről itt szó van. Lényegében – emlékszel – a méter 1/5 milliárdod részéről van szó, vagy a milliméter 1/5 milliomod részéről. Valami, amit tényleg nem tudok felfogni. De még ennél is kisebbek jönnek. Ha egyet felnagyítanánk ezek közül a hidrogénatomok közül – és most már kezdenek a dolgok absztrakttá válni –, elkezdünk a kvantumvilággal foglalkozni. Nehéz meghatározni, hol ér véget az egyik dolog, és hol kezdődik a másik. Mi valóságos? Mi nem valóságos? És mindezek a bolondságok. De ha megteszünk minden tőlünk telhetőt, ha felnagyítanánk, és valamilyen határt szabnánk a hidrogénatomnak – mert az elektronok tulajdonképpen bárhová ugrálhatnak –, ha megszabunk egy határt, ahol az elektronok a legnagyobb valószínűséggel megtalálhatóak, akkor a hidrogénatom átmérője nagyjából 1 angström. Ami látszik ezen az ábrán is, körülbelül fele a vízmolekula átmérőjének. Az egyik, ami különösen őrült dolog, hogy ez az atom nagyon-nagyon kicsi. Valami, ami... – ez egy tized milliárdod méter, vagy egy tized milliomod milliméter – tehát valami, amit tényleg nem tudunk felfogni. De ami ennél is őrültebb dolog, az az, hogy ez szinte teljesen üres. Megkaptuk ezt a kicsi atomot, megpróbáltunk eljutni ehhez az alapvető részecskéhez, és akkor ez itt szinte teljesen üres. Ez azért van, mert ha megnézünk egy elektront, amikor a sugaráról beszélünk, elég nehéz meghatározni, hol kezdődik, és hol végződik. Foglalkozni kell a töltésével is, és még csak nem is gondoltunk a kvantumhatásokra meg az összes ilyesmire. Az elektron sugara 3⋅10⁻⁵ angström, és a hidrogénatom magja – ami valójában csak egy proton – egy kicsit kisebb. Ne zavarjon meg ez a szám itt, a lényeg, hogy azonos nagyságrendűek, nagyjából 1/10000 angström. Csak hogy legyen elképzelésed, hogy milyen, ha az egész atom sugarát látod, ami körülbelül egy angström, mondhatjuk, csak hogy legyen elképzelésed az atom méretéről, és hogy mennyi üres hely van az atomban – ha akarunk gondolkodni azon, mennyi szabad tér van –, úgy képzeld el, mintha az atommag egy üveggolyó lenne egy futballstadion közepén, egy kupolás futballstadion közepén. És képzeld el, hogy az elektron egy méhecske, ami véletlenszerűen röpköd az egész térfogat véletlenszerű részei körül a futballstadion belsejében. És természetesen ez egy kvantum méhecske, tehát egyik helyről a másikra tud ugrani, és nem könnyű megjósolni, hova fog menni legközelebb, stb. De ez ad egy elképzelést, hogy mekkora az elektron és a proton mérete az egész atomhoz képest. És még inkább őrületes, hogy megmutatja, hogy milyen üresek az atomok, és tulajdonképpen minden anyag üres.