Kas ar neapbruņotu aci nav saskatāms

GAISĀ dejo sīciņi, nesaskatāmi puteklīši. Bet tad pa logu istabā ielaužas saules stars, un piepeši neredzamais kļūst redzams — spilgtā gaisma atklāj virmojošos puteklīšus cilvēka acīm.

Redzamā gaisma savukārt parasti izskatās balta vai bezkrāsaina. Bet kas notiek, ja saules stari krīt noteiktā leņķī cauri ūdens pilieniņiem? Ūdens lauž gaismu, un mēs ieraugām brīnišķīgu, daudzkrāsainu varavīksni.

Objekti, kas atrodas mums visapkārt, atstaro dažāda viļņa garuma gaismu, ko mūsu acis uztver kā krāsu. Zaļā zāle, piemēram, pati nerada zaļo gaismu, bet gan absorbē visu viļņu garumu redzamo gaismu, izņemot to, kas atbilst zaļajai krāsai. Šī viļņu garuma gaismu tā atstaro, tāpēc mūsu acīm zāle izskatās zaļa.

Talkā nāk cilvēku izgudroti instrumenti

Pēdējā laikā ar modernu izgudrojumu palīdzību cilvēki ir spējuši ieraudzīt daudz ko tādu, kas ar neapbruņotu aci nav saskatāms. Mēs parastā mikroskopā varam aplūkot ūdens lāsi, kurā šķietami nav nekādas dzīvības, un atklāt, ka tā ir pilna ar visvisādām kustīgām radībām. Mats, kas ar neapbruņotu aci izskatās gluds un viendabīgs, izrādās, ir raupjš un spurains. Ar ļoti spēcīgu mikroskopu priekšmeta attēlu var palielināt miljons reižu — tādā palielinājumā pastmarka apklātu nelielas valstiņas teritoriju!

Lietojot vēl jaudīgākus mikroskopus, zinātnieki tagad spēj iegūt virsmu attēlus atomu līmenī un līdz ar to ielūkoties sfērā, kas vēl pavisam nesen bija aizklāta cilvēku acīm.

Bet mēs varam arī palūkoties naksnīgās debesīs un ieraudzīt zvaigznes. Cik daudz zvaigžņu mēs saskatīsim? Ja skatīsimies ar neapbruņotu aci — lielākais, dažus tūkstošus. Bet, kad gandrīz pirms četriem gadsimtiem tika izgudrots teleskops, cilvēki sāka redzēt daudz vairāk zvaigžņu. Vēlāk, 20. gadsimta 20. gados, ar Vilsona kalna observatorijas teleskopa palīdzību izdevās noskaidrot, ka pastāv citas galaktikas, kas tāpat kā mūsējā sastāv no neskaitāmām zvaigznēm. Mūsdienās, balstoties uz datiem, kas iegūti ar sarežģītu kosmosa izpētes aparatūru, zinātnieki lēš, ka galaktiku skaits sasniedz vairākus desmitus miljardu un daudzās no tām ir simtiem miljardu zvaigžņu.

Teleskopi ir palīdzējuši noskaidrot pārsteidzošus faktus — piemēram, ar to palīdzību ir atklāts, ka miljardiem zvaigžņu, kas debesīs redzamas kā Piena Ceļš, jo šķietami atrodas tuvu kopā, patiesībā šķir neaptverami attālumi. Ņemot talkā spēcīgus mikroskopus, savukārt ir izdevies ieraudzīt, ka priekšmeti, kas liekas cieti un viendabīgi, īstenībā  ir veidoti no atomiem, kas sastāv galvenokārt no tukšuma.

Mazāks par mazu

Visniecīgākā kripatiņa, ko var saskatīt parastā mikroskopā, sastāv no vairāk nekā desmit miljardiem atomu. 1897. gadā tika atklāts, ka atomam ir mazītiņas riņķojošas daļiņas, ko nosauca par elektroniem. Vēlāk tika noskaidrots, ka atoma kodols, ap ko riņķo elektroni, sastāv no lielākām daļiņām — neitroniem un protoniem. 88 dažādie atomi, kas sastopami dabā, ir aptuveni vienāda lieluma, bet tiem ir atšķirīgs svars, jo tos veido dažāds skaits minēto trīs daļiņu.

Elektroni — vai ūdeņraža atoma gadījumā viens elektrons — vienā sekundes miljondaļā apriņķo atoma kodolu miljardiem reižu, piešķirot atomam formu un liekot tam izturēties tā, it kā tas būtu ciets ķermenis. Viena protona vai neitrona masa ir gandrīz 1840 reižu lielāka par elektrona masu, un gan protons, gan neitrons ir aptuveni 100 000 reižu mazāks par visu atomu kopumā.

Lai iegūtu kaut nelielu priekšstatu par to, cik ”tukšs” ir atoms, pamēģiniet iztēloties, cik tālu atrodas ūdeņraža atoma elektrons no kodola, ap ko tas riņķo: ja šis kodols, ko veido viens protons, būtu tenisa bumbiņas lielumā, elektrona orbītu no tā šķirtu aptuveni trīs kilometri.

Kādā rakstā, kas bija veltīts elektrona atklāšanas simtajai gadadienai, bija sacīts: ”Neatradīsies daudz cilvēku, kas domātu, ka nav vērts rīkot svinības par godu kaut kam, ko neviens nav redzējis, kam nav nosakāma lieluma, bet ir izmērāms svars un elektriskais lādiņš un kas virpuļo kā rotaļu vilciņš. [..] ..mūsdienās neviens nešaubās, ka lietas, ko mēs nekādi nevaram redzēt, tomēr pastāv.”

Kaut kas vēl niecīgāks

Daļiņu paātrinātāji, kuros iespējams izraisīt daļiņu sadursmes, dod zinātniekiem ieskatu atoma kodola iekšienē. Stāstot par savu pētījumu rezultātiem, zinātnieki apraksta daļiņas ar tādiem svešādi skanošiem nosaukumiem kā pozitroni, fotoni, mezoni, kvarki, gluoni — un vēl daudzas citas. Neviena no tām nav saskatāma pat ar visspēcīgākajiem mikroskopiem. Taču ar tādām iekārtām kā, piemēram, Vilsona kamera, pūslīšu kamera un dzirksteļkamera var novērot šo daļiņu atstātās pēdas.

Mūsdienās zinātnieki spēj redzēt to, kas agrāk bija neredzams. Pētot šo neredzamo pasauli, viņi aizvien labāk izprot, cik svarīgas ir četras mijiedarbības, ko zinātne atzīst par fundamentālajām: gravitācija, elektromagnētiskā mijiedarbība un divas subnukleārās mijiedarbības, ko sauc par vājo un stipro mijiedarbību. Daži zinātnieki pūlas izveidot universālu teoriju — reizēm to mēdz dēvēt par ”visa teoriju” —, kas, kā viņi cer, saprotami izskaidrotu itin visu pastāvošo, sākot no makroskopiskā un beidzot ar mikroskopisko.

Ko var iemācīties, ielūkojoties tajā, kas ar neapbruņotu aci nav saskatāms? Un pie kādiem secinājumiem daudzi ir nonākuši, balstoties uz to, ko viņi ir uzzinājuši? Par šiem jautājumiem būs runa nākamajos rakstos.

[Attēli 3. lpp.]

Niķeļa atomu (augšā) un platīna atomu attēli

[Norāde par autortiesībām]

Courtesy IBM Corporation, Research Division, Almaden Research Center