Ce nu se poate vedea cu ochiul liber

PARTICULE fine de praf plutesc nevăzute în aer. Dar, deodată, o rază de soare pătrunde prin fereastră şi ceea ce era invizibil poate fi văzut. Raza de lumină care a pătruns în casă dezvăluie ochilor omului particulele de praf.

Să ne gândim apoi la lumina vizibilă, care pentru ochiul liber pare albă sau incoloră. Ce se întâmplă când razele soarelui trec prin picăturile de apă, exact sub un anumit unghi? Apa îndeplineşte rolul unei prisme, iar noi vedem un curcubeu de culori extraordinare!

De fapt, obiectele din jurul nostru reflectă diverse lungimi de undă ale luminii, iar ochii noştri percep acea lumină drept culoare. De exemplu, iarba verde nu produce lumină verde, ci, dimpotrivă, absoarbe toate lungimile de undă ale luminii vizibile, mai puţin pe cea verde. Iarba reflectă lungimea de undă verde spre ochi. Ca urmare, ochii noştri văd iarba ca fiind verde.

Ajutaţi de instrumente realizate de om

În ultimii ani, multe lucruri invizibile ochiului liber au devenit vizibile cu ajutorul invenţiilor epocii moderne. Dacă privim la un microscop obişnuit o picătură de apă, aparent lipsită de viaţă, descoperim că este plină de tot felul de creaturi care se mişcă. Iar un fir de păr, care privit cu ochiul liber pare neted, fără asperităţi, îl vedem plin de neregularităţi şi crestături. Microscoape foarte puternice pot mări obiectele de un milion de ori, acest lucru echivalând cu mărirea unui timbru poştal până când acesta ajunge să aibă dimensiunile unei ţări mici!

În prezent, cu ajutorul unor microscoape şi mai puternice, cercetătorii obţin imaginea conturului suprafeţelor la scară atomică. Astfel ei pot pătrunde cu privirile în lucruri care până nu demult nu puteau fi văzute cu ochiul liber.

Apoi putem contempla cerul noaptea. Câte stele putem vedea? Cu ochiul liber, maxim câteva mii. Dar odată cu inventarea telescopului, cu aproape 400 de ani în urmă, oamenii au început să vadă mult mai multe stele. Apoi, în anii ’20, un telescop puternic montat la Observatorul Mount Wilson a dezvăluit că, în afară de galaxia noastră, mai există galaxii, care sunt şi ele formate din nenumărate stele. În prezent, cu ajutorul unor instrumente sofisticate de examinare a Universului realizate de om, oamenii de ştiinţă estimează că există zeci de miliarde de galaxii, multe dintre ele fiind alcătuite din sute de miliarde de stele!

Dar un lucru cu adevărat uimitor este că telescoapele au dezvăluit că între miliardele de stele, ce seamănă cu Calea Lactee, deoarece par a fi foarte apropiate unele de altele, există distanţe mari pe care mintea omului nu le poate înţelege. În mod asemănător, microscoapele puternice au ajutat ochiul liber să vadă că obiectele ce par a fi solide sunt, în realitate, alcătuite din atomi care sunt compuşi în cea mai mare parte din spaţiu gol.

 De dimensiuni infinitezimale

Cel mai minuscul lucru ce poate fi văzut la un microscop obişnuit este alcătuit din peste zece miliarde de atomi! Însă în 1897 s-a descoperit că atomul are în componenţă micuţe particule orbitale numite electroni. Mai târziu s-a observat că nucleul atomului, în jurul căruia se rotesc electronii, este format din particule mai mari, şi anume neutroni şi protoni. Cele 88 de tipuri diferite de atomi, sau elemente, care se găsesc în stare naturală pe pământ au în esenţă aceleaşi dimensiuni, dar masa lor variază, întrucât numărul acestor trei particule elementare creşte în mod progresiv la fiecare atom.

Electronii — în cazul atomului de hidrogen e vorba de un singur electron — se învârt în spaţiul din jurul nucleului atomului de miliarde de ori într-o milionime de secundă, dându-i astfel atomului o formă şi determinându-l să se comporte ca şi cum ar fi un solid. Masa a aproximativ 1840 de electroni este egală cu masa unui proton sau a unui neutron. Atât protonul, cât şi neutronul sunt de aproape 100 000 de ori mai mici decât întregul atom!

Pentru a ne face o idee despre cât de gol este un atom, să încercăm să vizualizăm nucleul unui atom de hidrogen raportat la electronul atomului, care se învârte pe orbita sa. Dacă acest nucleu, format dintr-un singur proton, ar fi de mărimea unei mingi de tenis, atunci electronul orbital ar trebui să se afle la o distanţă de 3 kilometri faţă de el!

Într-un articol publicat cu ocazia sărbătoririi a 100 de ani de la descoperirea electronului se spunea: „Puţini stau pe gânduri când e vorba de sărbătorirea a ceva ce nimeni n-a văzut, care nu are dimensiuni detectabile şi totuşi are o masă măsurabilă, o sarcină electrică — şi se roteşte ca un titirez. . . . Azi nimeni nu pune la îndoială ideea că lucruri pe care nu le putem vedea niciodată există cu adevărat“.

Lucruri chiar şi mai mici

Acceleratoarele de particule, care pot face ca particulele de materie să se ciocnească între ele, le oferă acum oamenilor de ştiinţă posibilitatea să privească în interiorul nucleului unui atom. Ca urmare, ei scriu despre multe particule cu nume ciudate — pozitroni, fotoni, mezoni, quarkuri şi gluoni, acestea fiind doar câteva dintre ele. Toate aceste particule sunt invizibile, neputând fi văzute nici chiar la cele mai puternice microscoape. Însă cu ajutorul unor instalaţii cum ar fi camera cu ceaţă, camera cu bule şi contorul (detectorul) cu scintilaţie se pot observa urme ale existenţei lor.

Cercetătorii văd acum ceea ce cândva era invizibil. Pe măsură ce examinează aceste lucruri, ei înţeleg importanţa celor patru forţe fundamentale, cum sunt ele considerate: forţa gravitaţională, cea electromagnetică şi două forţe subnucleare denumite „forţă slabă“ şi „forţă tare“. Unii oameni de ştiinţă sunt în căutarea a ceea ce este numită „teoria unitară“, cu ajutorul căreia ei speră să găsească o explicaţie inteligibilă referitoare la univers, de la universul macroscopic până la cel microscopic.

Ce se poate învăţa din observarea a ceea ce cu ochiul liber nu se poate vedea? Şi, pe baza celor învăţate, la ce concluzii au ajuns mulţi oameni? În următoarele articole se va răspunde la aceste întrebări.

[Legenda fotografiilor de la pagina 3]

În imagine, atomi de nichel (sus) şi atomi de platină

[Provenienţa fotografiilor]

Prin amabilitatea IBM Corporation, Research Division, Almaden Research Center