Τι Δεν Μπορεί να Δει το Γυμνό Μάτι

ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΑ μόρια σκόνης αιωρούνται αόρατα στον αέρα. Αλλά τότε, μια δέσμη ηλιακού φωτός περνάει από το παράθυρο, και ξαφνικά γίνονται ορατά αυτά που προηγουμένως ήταν αόρατα. Η διεισδυτική ακτίνα φωτός κάνει αυτά τα μόρια σκόνης ορατά στο ανθρώπινο μάτι.

Σκεφτείτε κάτι ακόμη για το ορατό φως, που φαίνεται λευκό ή άχρωμο με γυμνό μάτι. Τι συμβαίνει όταν το ηλιακό φως περάσει υπό την κατάλληλη γωνία μέσα από σταγονίδια νερού; Το νερό παίζει το ρόλο πρίσματος, και αποκαλύπτεται ένα ουράνιο τόξο με πανέμορφα χρώματα!

Στην πραγματικότητα, τα διάφορα αντικείμενα γύρω μας αντανακλούν διαφορετικά μήκη κύματος του φωτός, τα οποία το μάτι μας βλέπει ως χρώμα. Το πράσινο χορτάρι, λόγου χάρη, δεν παράγει από μόνο του πράσινο φως, αλλά απορροφά όλα τα μήκη κύματος του ορατού φωτός εκτός από εκείνο που αντιστοιχεί στο πράσινο χρώμα. Το χορτάρι αντανακλά προς το μάτι μας αυτό το μήκος κύματος. Έτσι, το μάτι μας βλέπει το χορτάρι πράσινο.

Βοήθεια από Τεχνητά Όργανα

Τα πρόσφατα χρόνια πολλά πράγματα που είναι αόρατα στο γυμνό μας μάτι έχουν γίνει ορατά με τη βοήθεια σύγχρονων εφευρέσεων. Μπορούμε να κοιτάξουμε μια φαινομενικά άψυχη σταγόνα νερού με ένα κοινό μικροσκόπιο και τότε θα ανακαλύψουμε ότι βρίθει από κάθε είδους κινούμενα πλάσματα. Και μια τρίχα, που φαίνεται λεία και ομαλή με γυμνό μάτι, αποκαλύπτεται ότι είναι ανώμαλη και γεμάτη προεξοχές. Πανίσχυρα μικροσκόπια μπορούν να μεγεθύνουν τα αντικείμενα ένα εκατομμύριο φορές​—σαν να μεγάλωνε ένα γραμματόσημο και να έφτανε στο μέγεθος μιας μικρής χώρας!

Σήμερα, χρησιμοποιώντας ακόμη πιο ισχυρά μικροσκόπια, οι ερευνητές παίρνουν ανάγλυφες εικόνες των επιφανειών σε κλίμακα ατόμου. Έτσι μπορούν να παρατηρήσουν πράγματα που μέχρι πρόσφατα ήταν αόρατα στο ανθρώπινο μάτι.

Στρεφόμενοι προς διαφορετική κατεύθυνση, μπορούμε να κοιτάξουμε ψηλά στο νυχτερινό ουρανό και να δούμε τα άστρα. Πόσα βλέπουμε; Με γυμνό μάτι, το πολύ μερικές χιλιάδες. Αλλά όταν εφευρέθηκε το τηλεσκόπιο πριν από 400 περίπου χρόνια, οι άνθρωποι άρχισαν να βλέπουν πολύ περισσότερα. Κατόπιν, στη δεκαετία του 1920, ένα ισχυρό τηλεσκόπιο στο Αστεροσκοπείο του όρους Γουίλσον αποκάλυψε ότι υπάρχουν και άλλοι γαλαξίες εκτός από το δικό μας, καθώς επίσης ότι βρίθουν και αυτοί από αναρίθμητα άστρα. Σήμερα, με τη χρήση εξελιγμένων τεχνητών μέσων ανίχνευσης του σύμπαντος, οι επιστήμονες υπολογίζουν ότι υπάρχουν δεκάδες δισεκατομμύρια γαλαξίες, πολλοί από τους οποίους αποτελούνται από εκατοντάδες δισεκατομμύρια άστρα!

Είναι πραγματικά εντυπωσιακό αυτό που αποκάλυψαν τα τηλεσκόπια, ότι, μολονότι δισεκατομμύρια άστρα παρουσιάζουν όλα μαζί την εικόνα μιας γαλακτόχρωμης ζώνης, του Γαλαξία μας, επειδή φαινομενικά βρίσκονται πολύ κοντά το ένα στο άλλο, οι μεταξύ τους αποστάσεις είναι ασύλληπτα μεγάλες. Παρόμοια, τα ισχυρά μικροσκόπια έχουν βοηθήσει το γυμνό μάτι να διακρίνει ότι τα αντικείμενα που φαίνονται συμπαγή  συνίστανται, στην ουσία, από άτομα τα οποία αποτελούνται κυρίως από κενό.

Απειροελάχιστα Σωματίδια

Ο πιο μικροσκοπικός κόκκος τον οποίο μπορούμε να δούμε με ένα κοινό μικροσκόπιο αποτελείται από δέκα και πλέον δισεκατομμύρια άτομα! Ωστόσο, το 1897 ανακαλύφτηκε ότι το άτομο περιέχει μικροσκοπικά σωματίδια που διαγράφουν τροχιά, τα λεγόμενα ηλεκτρόνια. Αργότερα διαπιστώθηκε ότι ο πυρήνας του ατόμου, γύρω από τον οποίο περιστρέφονται τα ηλεκτρόνια, αποτελείται από μεγαλύτερα σωματίδια​—τα νετρόνια και τα πρωτόνια. Στη γη, τα 88 διαφορετικά είδη ατόμων, ή αλλιώς στοιχείων, που βρίσκονται στη φύση έχουν ουσιαστικά το ίδιο μέγεθος, αλλά διαφορετικό βάρος, επειδή ο αριθμός αυτών των τριών βασικών σωματιδίων προοδευτικά αυξάνεται από άτομο σε άτομο.

Τα ηλεκτρόνια​—στην περίπτωση του ατόμου του υδρογόνου, ένα και μόνο ηλεκτρόνιο—​στροβιλίζονται στο διάστημα που υπάρχει γύρω από τον πυρήνα του ατόμου δισεκατομμύρια φορές κάθε εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου, δίνοντας έτσι σχήμα στο άτομο και κάνοντάς το να συμπεριφέρεται σαν να ήταν συμπαγές. Θα χρειάζονταν σχεδόν 1.840 ηλεκτρόνια για να φτάσουν τη μάζα ενός πρωτονίου ή ενός νετρονίου. Τόσο το πρωτόνιο όσο και το νετρόνιο είναι περίπου 100.000 φορές μικρότερα από ολόκληρο το άτομο!

Για να καταλάβουμε πόσο κενό είναι το άτομο, ας προσπαθήσουμε να φανταστούμε τον πυρήνα ενός ατόμου υδρογόνου σε σχέση με το ηλεκτρόνιο που περιστρέφεται γύρω από αυτόν. Αν αυτός ο πυρήνας, που αποτελείται από ένα και μόνο πρωτόνιο, ήταν ισομεγέθης με ένα μπαλάκι του τένις, το ηλεκτρόνιο που περιστρέφεται γύρω από αυτόν θα βρισκόταν περίπου 3 χιλιόμετρα μακριά του!

Ένα δημοσίευμα για την επέτειο των εκατό χρόνων από την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου ανέφερε: «Ελάχιστοι διστάζουν να γιορτάσουν για κάτι που κανείς δεν έχει δει, που δεν έχει ευδιάκριτο μέγεθος, το οποίο όμως έχει μετρήσιμο βάρος και ηλεκτρικό φορτίο​—και περιστρέφεται σαν σβούρα. . . . Σήμερα κανείς δεν αμφισβητεί την άποψη ότι ορισμένα πράγματα που ποτέ δεν μπορούμε να δούμε πράγματι υπάρχουν».

Ακόμη Πιο Μικροσκοπικά Αντικείμενα

Μέσω μηχανημάτων διάσπασης του ατόμου, που έχουν τη δυνατότητα να εκτοξεύουν σωματίδια ύλης το ένα εναντίον του άλλου, οι επιστήμονες μπορούν τώρα να δουν το εσωτερικό του πυρήνα του ατόμου. Ως αποτέλεσμα, διαβάζουμε για πολλά σωματίδια με παράξενα ονόματα​—ποζιτρόνια, φωτόνια, μεσόνια, κουάρκ και γκλουόνια, για να αναφέρουμε μόνο λίγα. Όλα τους είναι αόρατα, ακόμη και με τα ισχυρότερα μικροσκόπια. Αλλά με συσκευές όπως οι θάλαμοι νέφους, οι θάλαμοι φυσαλίδων και οι απαριθμητές σπινθηρισμών, μπορούν να παρατηρηθούν ίχνη της ύπαρξής τους.

Οι ερευνητές βλέπουν τώρα αυτά που στο παρελθόν ήταν αόρατα. Έτσι καταφέρνουν να συλλάβουν τη σημασία των τεσσάρων, σύμφωνα με την άποψή τους, θεμελιωδών δυνάμεων​—της βαρύτητας, της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης και των δύο πυρηνικών δυνάμεων που ονομάζονται «ασθενής δύναμη» και «ισχυρή δύναμη». Μερικοί επιστήμονες έχουν επικεντρώσει τις προσπάθειές τους στη λεγόμενη «θεωρία των πάντων», η οποία ελπίζουν ότι θα βοηθήσει στην εξεύρεση μιας κατανοητής εξήγησης για το σύμπαν, από το μακρόκοσμο ως το μικρόκοσμο.

Τι διδάγματα μπορούμε να πάρουμε βλέποντας αυτά που δεν μπορεί να δει το γυμνό μάτι; Και βασιζόμενοι σε αυτά που έχουν μάθει, σε ποια συμπεράσματα έχουν καταλήξει πολλοί; Τα ακόλουθα άρθρα θα δώσουν τις απαντήσεις σε αυτά τα ερωτήματα.

[Εικόνες στη σελίδα 3]

Εικόνες ατόμων νικελίου (επάνω) και ατόμων λευκόχρυσου

[Ευχαριστίες]

Ευγενής παραχώρηση από IBM Corporation, Research Division, Almaden Research Center