Колко малък е атомът?

Колко малки са атомите? И какво има вътре в тях? Отговорите на тези въпроси може да се окажат удивителни дори и за тези, които мислят, че знаят. Тази динамична анимация използва ефектни метафори (представете си боровинка с размерите на футболно игрище!), за да ни даде интуитивна представа за градивните елементи на нашия свят.

Урок от Джонатан Бергман, анимация от Cognitive Media.

(Музика)

Вероятно вече знаете, че всичко се състои от

мънички частици, наречени атоми.

Може би дори знаете, че всеки атом се състои от даже още по-малки частици,

наречени протони, неутрони и електрони.

И вероятно сте чували, че атомите са малки.

Но се обзалагам, че никога не сте се замисляли колко малки са наистина атомите.

Отговорът е, че те са наистина, ама наистина, ама наистина малки.

Така че питате, точно колко малки са атомите?

За да разберем това,
нека си зададем следния въпрос:

Колко атома има в грейпфрута?

Да допуснем, че грейпфрутът се състои
само от азотни атоми,

което въобще не е вярно,
но в грейпфрута наистина има азотни атоми.

За да ви помогна да си представите,
нека да надуем всеки от атомите

до размера на боровинка.

Тогава колко голям трябва да бъде грейпфрутът?

Би трябвало да бъде с размера на...
ами, всъщност, на Земята.

Пълна лудост! Искате да кажете,
че ако запълня Земята с боровинки,

ще имам същия брой азотни атоми като в грейпфрута?

Точно така! Така че колко голям е атомът?

Ами, той е наистина, ама наистина,
много, много мъничък.

И знаете ли какво?

Става още по-налудничаво.

Нека сега погледнем във вътрешността на всеки атом – това е боровинката, нали така?

Какво виждате там?

В центъра на атома се намира т. нар. ядро,

което съдържа протони и неутрони,

а от външната страна ще видите електрони.

Така че колко голямо е ядрото?

Ако атомите са като боровинки на Земята,
колко голямо ще е ядрото?

Може би помните старите рисунки на атома от часовете по химия,

на които виждахте тази точица със стрелка, сочеща към ядрото.

Тези рисунки не са направени в мащаб,

така че са донякъде грешни.

Колко голямо тогава е ядрото?

Ако отворите боровинката

и потърсите ядрото,

знаете ли какво? То ще е невидимо.

То е твърде малко, за да бъде видяно!

Добре. Нека да уголемим атома (боровинката)

до размера на къща.

Представете си топка,
която е висока колкото двуетажна къща.

Нека да потърсим ядрото в центъра на атома.

И знаете ли какво? То ще бъде едва забележимо.

Така че, за да проумеем колко голямо е ядрото,

трябва да уголемим боровинката до размера на футболен стадион.

Представете си топка
с размера на футболен стадион

и точно в центъра на атома

ще откриете ядрото и ще можете да го видите!

То ще бъде с размера на малко стъклено топче.

И още нещо, ако не съм ви впечатлил досега.

Нека да разгледаме атома още малко.
Той съдържа протони, неутрони и електрони.

Протоните и неутроните живеят вътре в ядрото

и съдържат почти цялата маса на атома.

Далеч в края са електроните.

Така че, ако атомът е като топка с размерите на футболен стадион,

с ядрото в центъра и електроните по края,

какво има между ядрото и електроните?

Изненадващо отговорът е празно пространство.

(Шум от вятър)

Точно така. Празно!

Между ядрото и електроните има обширни зони
на празно пространство.

Технически погледнато има някакви електромагнитни полета,

но по отношение на вещества, материя,
то е празно.

Спомнете си, че тази обширна зона
от празно пространство

е вътре в боровинката, която е вътре в Земята,

което всъщност са атомите в грейпфрута.

Добре, още едно нещо,
ако може да ви прозвучи още по-странно.

Тъй като почти цялата маса на атома
е в ядрото –

е, някаква част от масата е и в електроните,

но повечето от нея е в ядрото –

колко плътно е ядрото?

Ами, отговорът е налудничав.

Плътността на типично ядро

е 4 по 10 на 17-та степен килограма
на кубичен метър.

Но това е трудно да се представи.
Добре, ще го превърна в английски единици.

2,5 по 10 на 16-та степен

фунта на кубичен фут.

Добре, все още е малко трудно да се разбере.

Добре, ето какво искам да направите.

Направете кутия с размери 30/30/30 см.

Сега нека вземем всички ядра от обикновена кола.

Автомобилите тежат средно два тона.

Колко ядра на автомобили
трябва да сложите в кутията,

за да има кутията с размери 30/30/30 см същата плътност като тази на ядрото?

Дали една кола? Две? Какво да кажем за 100?

Не, не и не.

Отговорът е много по-голям.

Той е 6,2 милиарда.

Това е почти равно на броя на хората на Земята.

Така че, ако всички на Земята
имаха собствен автомобил

(което не е така)

и ако поставихме всички тези автомобили в кутията ви,

щяхме да получим приблизително
плътността на ядрото.

Искам да кажа, че ако вземете всички кола в света и ги поставите в кутия с размер 30/30/30 см,

ще получите плътността на едно ядро.

И така, да преговорим.

Атомът е много, много, много малък.

Помислете си за атомите в грейпфрута като боровинки в Земята.

Ядрото е налудничаво малко.

Сега погледнете в боровинката и я уголемете до размера на футболен стадион –

в нея ядрото ще бъде стъклено топче в средата.

Атомът се състои от огромни зони
празно пространство.

Това е странно.

Ядрото има зашеметяващо висока плътност.

Помислете си как поставихме всички коли в кутия с размер 30/30/30 см.

Май се уморих.

(Прозявка)