Agyunk olyan viszonyítási rendszert használ ami az embert körülvevő világ megértéséhez és értékeléséhez napi szinten szükséges. Ez érthető hiszen felesleges olyan mértékeket napi szinten figyelembe venni, amivel egy átlag emberi elme soha nem találkozik.
Nagyon érdekes azonban egy kirándulás a "törpék" és az "óriások" világába. Érdekes betekintést nyerni a parányi méretű jelenségek világába, különösen ha figyelembe vesszük hogy az ember a mai technikával már képes ezen méretű jelenségeket közvetlenül is megfigyelni.
Nézzük először a törpék világát. Normál esetben a napi szinten használt legkisebb hosszúság mértékegység a milliméter (mm) a méter ezredrésze - induljunk innen "lefelé".
a. Mivel egy hajszál nagyon vékony, vastagságnak a méréséhez a milliméter már kevés lehet. A következő lépték a mikrométer, a milliméter ezredrésze. Egy hajszál vastagsága átlagosan 0,1 milliméter, vagyis 100 mikrométer. 1-10 mikrométer méretű egy baktérium, egy emberi vörösvérsejt vagy a pókháló fonala.
b. Egy számítógépes chip tervezéseihez a mikrométernél sokkal kisebb egységre van szükség. A következő lépték a nanométer (nm), amely a mikrométer ezred, a milliméter egymilliomod része. Érzékeltetésül egy emberi hajszál keresztmetszetében 5.000 darab 20 nanométer méretű számítógépes alkatrészből férne el egymás mellett. A legkisebb méret, amit egy háztartási gépekben általában alkalmazott HEPA szűrő ki tud szűrni 300 nm, viszont a például a vírusok mérete általában ennél kisebb, például az egyik legkisebb létező vírus a HIV mérete 90 nm.
= Amennyiben egy hajszál olyan vastag lenne mint a Budapest London távolság légvonalban (1.500 km), akkor egy átlagos méretű nanoalkatrész mérete 300 méter lenne.
c. Nanoalkatrészek kis számú atomból állnak, azonban a fizikusok már magának az atomnak a méretét is mérik, amelyhez a nanométer, mint hosszúság-mértékegység "túl nagy". Következő lépték a pikométer (pm), a nanométer ezredrésze, a milliméter milliárdod része. Egy atom ~100 pikométer nagyságrendű. A legkisebb hidrogénatom sugara 25 pm, a héliumatomé 31 pm, a kénatom sugara 100pm.
= fenti London-Budapest vastagságú hajszál esetén az atom nagysága 1,5 méter - 15 centiméter lenne.
d. Kvantumfizikusoknak ennél is kisebb mértékekre van szüksége, hiszen az atom összetevőit vizsgálják például az atommagot. Az atommag a 10-100 pm nagyságú atomhoz képest nagyon nagyon kics, itt kell egy új lépték a femtométer (fm), ami a pikométer ezredrésze a milliméter egy billiomod része (1/1.000.000.000). Az atommag mérete átlag 10 fm, ezen belül az atommagot alkotó részecske, a proton mérete ennél is kisebb: ~1 fm. Érdekesség, hogy egy rendkívüli mértékben összetömörödött csillagban egy fehér törpében az atommagok távolsága 1 pm.
= fenti London-Budapest vastagságú hajszál esetén az atommag mérete 0,15 milliméter, a proton nagysága 0,015 milliméter.
e. Továbbmenve a fizikusok nem csak az atommagot alkotó protont, hanem protont alkotó részecskét a kvarkokat is vizsgálják. Femtométer ennek vizsgálatához "túl nagy", a következő lépték az attométer (am). 1 attométer a femtométer ezredrésze, a milliméter billiárdod (egy millió milliárd) része. A proton alkotórésze a kvark 1-2 attométer átmérőjű, amely megegyezik az elektron méretével. A technika jelen állása szerint a létező legérzékenyebb hosszúságmérő-műszer - a gravitációs hullámot mérő detektor - érzékenysége 1 attométer.
= fenti London-Budapest vastagságú hajszál esetén a kvark mérete 0,000015 milliméter lenne, vagyis 15 nanométer.
Más szavakkal, amikor egy kutató a kvarkokat vizsgálja, akkor a vizsgálat tárgya a kvark akkora méretű szubatomi részecske egy szintén igen vékony hajszálhoz képest, mint egy napjainkban is használt nanoalkatrész mérete a Budapest-London távolsághoz viszonyítva.
Továbbmenve bizonyos esetekben még ennél is kisebb mértékre van szükség, ekkor használható a femtométer ezred és millimodrésze is, a még kisebb zeptométer (zm) illetve yoktométer (ym). A fizika pedig meghatározta azt a minimális hosszt is, amelynél kisebb hosszúság a fizikai mai állása értelmezhetetlen. Ez a "Planck hossz" = 1,6 x 10^(-35) méter, a fenti példánkhoz illesztve a femtométernek vagyis egy kvark méretének a tízezer billiárdod része.
No comments:
Post a Comment