Чего не увидишь невооруженным глазом

МЕЛЬЧАЙШИЕ, незаметные для глаза пылинки носятся в воздухе. Но вот сквозь окно проникает поток солнечных лучей — и мы вдруг замечаем то, что прежде было для нас невидимым. Солнечный луч высвечивает частички пыли, и человеческий глаз начинает их различать.

Задумайтесь также о видимом свете, который невооруженным глазом воспринимается как бесцветный. Что происходит, когда солнечные лучи под определенным углом падают на капельки воды? Свет преломляется в них, как в призме, и мы можем наблюдать все цвета радуги.

Окружающие предметы отражают свет с разными длинами волн, который воспринимается нашим глазом как цвет. Зеленая трава, к примеру, не излучает зеленого света, а поглощает все световые волны из видимого диапазона длин, кроме зеленых. Трава отражает световые волны зеленой части спектра. Они попадают в наш глаз, и трава воспринимается нами как зеленая.

Вооружившись приборами

В последнее время благодаря современным открытиям человек может наблюдать многое из того, что невооруженным глазом не увидишь. Взглянув в обычный микроскоп на прозрачную и безжизненную с виду каплю воды, мы обнаружим, что в ней кишат живые организмы. А волос, на первый взгляд ровный и однородный, окажется шероховатым. Мощнейшие микроскопы могут увеличивать объекты в миллион раз. При таком увеличении почтовая марка была бы размером с небольшую страну!

Сегодня при помощи микроскопов еще большей мощности ученые получают контурное изображение различных поверхностей на атомарном уровне. Теперь они имеют представление о том, что еще до недавнего времени было скрыто от глаз человека.

Ночью нашему взору открывается звездное небо. Сколько звезд мы можем увидеть? Невооруженным глазом — от силы несколько тысяч. Но когда около 400 лет тому назад был изобретен телескоп, человек смог увидеть намного больше звезд. Позднее, в 1920-х годах, в Маунт-Вилсоновской астрономической обсерватории с помощью мощного телескопа ученые обнаружили, что, кроме нашей Галактики, есть и другие, которые тоже состоят из бесчисленного множества звезд. Сегодня учеными разработаны сложные методы исследования Вселенной, благодаря которым они подсчитали, что существуют десятки миллиардов галактик, и во многих из них сотни миллиардов звезд.

Телескопы позволили людям сделать поразительное открытие: миллиарды звезд, которые для земного наблюдателя кажутся такими близкими друг к другу, что сливаются в Млечный Путь, на самом деле разделены невообразимо огромными расстояниями. А благодаря мощным микроскопам человек смог увидеть, что тела, совершенно однородные с виду, в действительности состоят из атомов, бо́льшая часть каждого из которых представляет собой пустое пространство.

 Бесконечно малые величины

В самой крошечной частице вещества, которую можно увидеть с помощью обычного микроскопа, более десяти миллиардов атомов! Однако, как было установлено в 1897 году, внутри атома есть мельчайшие движущиеся по своей орбите частицы — электроны. Со временем было обнаружено, что ядро атома, вокруг которого вращаются электроны, состоит из более крупных частиц — нейтронов и протонов. Если взять ряд из 88 видов атомов, или элементов, которые на земле существуют в природном виде, можно заметить, что все они практически равны по размеру, но неодинаковы по массе, поскольку каждый следующий состоит из большего числа трех упомянутых выше элементарных частиц.

Электроны (или один электрон, если брать атом водорода) вращаются в пространстве вокруг атомного ядра, за миллионную долю секунды совершая миллиарды оборотов, благодаря чему атом имеет определенную форму и ведет себя так, как если бы он был однородным по составу. Масса одного протона или нейтрона равна массе приблизительно 1 840 электронов. Протон и нейтрон примерно в 100 000 раз меньше всего атома!

Чтобы понять, насколько много в атоме пустого пространства, попробуйте мысленно сопоставить размер ядра атома водорода и вращающегося вокруг него электрона. Если бы это ядро, состоящее из одного протона, было размером с теннисный мяч, то электрон был бы удален от ядра приблизительно на три километра!

В сообщении, посвященном празднованию столетия со времени открытия электрона, говорится: «Мало кто сомневается в том, что стоит отмечать годовщину открытия чего-то никем не виденного, предельно малого по величине — но при этом имеющего определенные массу и электрический заряд,— вращающегося как волчок. [...] Сегодня ни один человек не сомневается в существовании того, чего мы, возможно, никогда не увидим».

Еще более мелкие объекты

С помощью ускорителя заряженных частиц, который может сталкивать их друг с другом, ученые получили возможность заглянуть внутрь атомного ядра. Благодаря этому были описаны многие элементарные частицы с необычными названиями, например: позитроны, фотоны, мезоны, кварки, глюоны. Ни одну из них не увидишь даже в самый мощный микроскоп. Однако с помощью таких приборов, как камера Вильсона, пузырьковая камера и сцинтилляционный счетчик, можно увидеть следы частиц.

Теперь ученые могут наблюдать многое из того, что раньше невозможно было увидеть. По мере исследований они постигают значение так называемых четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационного, электромагнитного и двух субъядерных — слабого и сильного взаимодействий. Некоторые ученые разрабатывают всеобъемлющие теоретические модели (так называемое великое объединение), которые, как они полагают, дадут единое, разумное объяснение устройства мироздания — от микро- до макромира.

Чему может научить нас исследование того, что невидимо для невооруженного глаза? И к какому заключению многие пришли на основании полученных знаний? Эти вопросы будут обсуждаться в следующих статьях.

[Иллюстрации, страница 3]

Изображения атомов никеля (вверху) и атомов платины.

[Сведения об источнике]

С любезного разрешения IBM Corporation, Research Division, Almaden Research Center