Malá měřítka

Od včel k buňkám, virům a atomům - porozumění skutečně miniaturním měřítkům.

V tomto videu bych rád prozkoumal,

co se děje, když se dostaneme na
hodně, hodně hodně malá měřítka.

A než se nad tím vůbec zamyslíme,

pojďme se seznámit s jednotkami,
které budeme používat.

Všichni víme, jak vypadá metr.

Průměrný člověk měří
něco málo pod 2 metry.

Pokud rozdělíte metr na 1 000 dílků,

dostanete milimetr.

A nejspíš všichni víme,
jak milimetr vypadá.

Pokud jste někdy viděli pravítko,

je to nejmenší dílek na pravítku.

Takže už milimetr jde těžko rozpoznat.

Teď kdybychom rozdělili každý
z těch milimetrů na 1 000 dílků,

dostali bychom mikrometr.

Jinými slovy,
mikrometr je jedna miliontina metru.

Takže to už je trochu mimo
naše schopnosti vnímat.

Pokud byste vzali každý z těch mikrometrů

a rozdělili je na 1 000 dílků,

dostali byste nanometr.

Takže teď jsme na miliardtině metru.

Vydělíte mikrometr 1 000,
dostanete pikometr.

Takže pikometr je
tisícina miliontiny metru,

neboli biliontina metru.

Vydělíte-li jednu z nich 1 000,

dostanete femtometr.

Tohle jsou nepředstavitelně malé věci.

A teď, když už tyto jednotky znáte,

podívejme se, co všechno můžeme
v těchto měřítkách najít.

A začneme tady.

Napsal jsem je i tady vlevo,

ale je zajímavější, když vidíte obrázky.

Začneme tady u té včely.

Schválně jsem vybral
něco v téhle velikosti.

Existuje mnoho, mnoho…
skoro nekonečné množství věcí,

které jsem v této velikosti mohl vybrat.

Ale průměrná včela měří
něco kolem 2 centimetrů.

Včela je přímo tady.

Má přibližně, plus mínus, jednu
setinu velikosti průměrného člověka.

Znova, obyčejná včela,

nic zvlášť zajímavého,

i když zajímavé je vidět
ji takhle přiblíženou.

Včela je nám dobře známá.

Všichni jsme viděli včelu.

Teď budu dál přibližovat,

podíváme se na něco 50-krát
menšího, než je včela.

Něco, co kdybych nakreslil
tady vedle té včely,

by vypadalo nějak takto.

Je to jen takový náčrt.

A to je roztoč.

Oba tyhle obrázky jsou roztoči.

Roztoči vypadají jako tihle divní,
mimozemští tvorové,

ale úžasné na nich je, že jsou všude.

Jsou všude kolem nás.

Pravděpodobně jich právě teď máte
spousty na kůži a všude možně,

což je trochu děsivá představa.

Ale teď se bavíme o velikostech,

a průměrný roztoč…

Předtím jsme se bavili o centimetrech,

teď budeme mluvit o milimetrech.

Průměrný roztoč měří
méně než 1/2 milimetru.

Pokud chcete měřit v mikrometrech,

roztoč je asi 400 mikrometrů dlouhý.

Takže tahle délka je asi 400 mikrometrů,

což je asi 1/50 délky…
Pamatujte, tahle velká věc,

kterou tady ukazuji,
to je včela medonosná.

Roztoč má asi 1/50 velikosti
včely medonosné.

Abych to srovnal s něčím jiným,
co byste mohli znát,

tohle je přiblížený obraz lidského vlasu.

A vy můžete říct, proboha,
to jsou příšerné vlasy.

Pokud byste ale dali pod elektronový
mikroskop své vlastní vlasy,

byli byste rádi,
kdyby vypadaly takto.

Viděl jsem obrázky horších vlasů.

Tyhle vlasy jsou nejspíš
hladké a hebké.

Průměr takového lidského vlasu

se trochu liší u každého člověka,

ale je široký zhruba 100 mikrometrů.

To je průměr.

Takže je to čtvrtina délky roztoče.

Nebo kdybych nakreslil
lidský vlas vedle této včely,

vypadaly by nějak takto.

Měl by šířku toho,
co jsem tady zrovna nakreslil.

Teď si uvědomte, že se díváme na včelu.

Vypadá jako nějaký obr, ale je to včela.

Přibližme ještě víc.

Takže jsme začali včelou.

Přiblížili jsme 50-krát,
abychom dostali roztoče.

A pak jsme přiblížili ještě 4-krát,

abychom dostali šířku lidského vlasu.

Pokud zase přiblížíme,
budeme v oblasti mikrometrů.

Pokud přiblížíme ještě přibližně 10-krát,

dostaneme se na velikost buněk.

Tohle je červená krvinka.

Myslím, že vedle ní bílá krvinka.

Mají 6 až 8 mikrometrů.

Takže znova, pokud bychom nakreslili buňku

v poměru k tomuto lidskému vlasu,

vypadala by nějak takto.

Něco v podobné velikosti,
co ještě můžeme znát,

je šířka pavučiny.

Ta má asi 3 až 8 mikrometrů.

Takže pokud bychom nakreslili
pavučinu do stejného obrázku,

vypadala by nějak takto.

Tohle je opravdový obrázek pavučiny.

Což je zase věc,
kterou můžeme vnímat.

Do pavučiny můžete vejít,
můžete se jí dotknout,

můžete jí vidět, pokud
správně odráží světlo,

nebo je na ní trocha rosy.

Ale je to asi nejtenčí věc,
kterou je člověk schopen vnímat.

A tohle je v měřítku jednotek mikrometrů.

V tom samém měřítku se objevují
některé větší bakterie.

Bakterie mohou měřit v rozmezí

velmi zhruba 1 až 10 mikrometrů.

Obecně jsou menší než buňky.

Většina bakterií je menší
než většina buněk.

A jenom abychom věděli,
kde se na naší stupnici nacházíme...

Mám to připravené tady.

Začali jsme s lidmi.

Vydělíte 100 a dostanete včelu.

Každá čárka tady je dělení 10.

Takže tohle děleno 10.

Vydělte znova 10,
zmenšili jste velikost 100-krát.

Vydělte znova 10, jste na milimetrech.

Už jste vydělili 1 000.

Vydělte znova 10,

děláte desetiny milimetru,

což je přibližně velikost lidského vlasu.

Vydělíte zase 10, jste na
desítkách mikrometrů.

Znova 10 a jste v mikrometrech.

A teď mluvíme o lidských vlasech…

Ne, lidské vlasy byly tady nahoře.

Mluvíme o buňkách.

Mluvíme o bakteriích.

A teď se dostaneme k fakt divným věcem.

Bude to jízda.

Tohle bylo měřítko jednotek mikrometrů.

Teď se dostaneme na stovky nanometrů.

A jen abyste si to uvědomili,

pamatujte, že nanometr je
tisícina mikrometru,

takže 100 nanometrů
je 1/10 mikrometru.

A tenhle obrázek tady, tahle
věc co vypadá jako planeta,

to je bílá krvinka.

Ta obrovská modrá věc na obrázku.

A pokud bychom obrázek oddálili,

vypadala by nějak takto.

Ale nejzajímavější na tomhle obrázku

jsou tyhle malé zelené věcičky,

které vyrážejí poté,
co se vlastně rozmnožily,

vyrážejí z povrchu této bílé krvinky.

A tyhle věci tady, to jsou viry HIV (AIDS).

Takže teď, když zvětšíme znova

asi 100 až 1 000-krát
z velikosti buňky,

dostaneme se na velikost viru.

A všechen genetický materiál
potřebný k rozmnožení viru

je uvnitř této maličké kapsidy.

Je přímo uvnitř každé této zelené tobolky.

Takže když se vrátíme k naší stupnici,

jsme tady dole na velikosti viru.

Jsme v měřítku stovek nanometrů.

Pokud vydělíme 10 a pak zase 10,

jsme na velikosti nanometrů.

A přímo v jednotkách nanometrů

se dostanete na šířku dvojité
šroubovice molekuly DNA.

Takže tohle tady je,
pokud byste přiblížili…

A tohle je očividně jenom napodobenina…

Není to fotografie molekuly DNA.

Šířka této dvojité šroubovice
je asi 2 nanometry.

Je to 1/60 průměru jedné
z těchto virových kapsid.

Což je nezbytné,

protože se musí celá svinout

a do jedné z těchto kapsid se celá vejít.

A DNA, jenom abychom si to ujasnili,
mluvíme jenom o šířce DNA.

Je mnohem, mnohem, mnohem,
mnohem, mnohem, mnohem delší.

O tom můžeme povídat v dalších videích.

Takže opakuji, jsme na velmi,
velmi malých velikostech.

Pokud o tom chcete přemýšlet v metrech,

jsme na dvou miliardtinách metru.

Můžete dát 500 milionů
těchto věcí vedle sebe

a dostat délku 1 metru.

Nebo si to můžete představit jinak,

jako dvě miliontiny milimetru.

Takže opakuji, velice malé.

Můžete je vyskládat vedle sebe,
DNA vedle další DNA,

a, pokud by se dotýkaly,

mohli byste jich do
1 milimetru dát 500 000.

Takže tohle je neuvěřitelně málo místa.

A teď vám představím jinou jednotku,

která není úplně obvyklá,

není to předpona a metr.

A to je angstrom.

10 angstromů je rovno 1 nanometru.

Takže šířka této dvojité šroubovice DNA

jsou 2 nanometry, neboli 20 angstromů.

Pokud bychom vydělili znova 10,

dostali byste něco velkého
2 angstromy nebo 0,2 nanometrů,

a to je molekula vody.

Možná jsem neměl použít
červenou, ale raději modrou.

Tohle je kyslík,

který k sobě váže tyhle
2 vodíkové atomy.

Tohle je zcela mimo lidské vnímání.

Nejsme schopni si to
k ničemu připodobnit.

O vnímání už se ani nedá mluvit,

nedokážu si ani představit,

jak malými věcmi se tu teď zabýváme.

Mluvíme o méně než
1/5 miliardtiny metru,

nebo 1/5 miliontiny milimetru.

Něčím, co si vůbec nedokážu představit.

Ale půjdeme na ještě menší velikosti.

Pokud zvětšíme jeden
z těchto vodíkových atomů…

a teď už jsou věci hodně abstraktní,

začínáme si zahrávat s kvantovým světem.

A je těžké určit,

kde jedna věc končí a druhá začíná.

A co je skutečné?

A co není skutečné?

A další bláznivé věci.

Ale když se opravdu
budeme snažit přiblížit

a ten vodíkový atom nějak ohraničíme,

protože jinak si elektrony budou
poskakovat úplně kamkoli…

Pokud nastavíme nějakou hranici,

kde elektrony najdeme
s velkou pravděpodobností,

průměr vodíkového atomu
je přibližně 1 angstrom.

Což dává smysl i v tomto náčrtku.

Atom měří asi 1/2 průměru
této molekuly vody.

Zvláště bláznivé je,

že tento atom je fantasticky maličký.

Tohle je deset miliardtin metru,

nebo desetimiliontina milimetru.

Takže něco naprosto nepředstavitelného.

Ale bláznivější než to je,
že jde hlavně o prázdné místo.

Jsme u tak malých věcí,

snažíme se najít tyhle základní částečky

a tahle věc tady je
z velké části volné místo.

Protože když se podíváte na elektron,

a když tady zmíníme poloměr,

je těžké říct, kde něco začíná a končí.

A musíte dělat nějaké věci s nábojem.

A už vůbec se nezabýváme
kvantovými efekty a tak.

Elektron má poloměr 3 krát
10 na -5 angstromů.

A jádro vodíkového atomu,

což je vlastně jenom proton,
má poloměr kolem…

a tady už si ani nemusíte
lámat hlavu přesným číslem,

hlavní je, že jde o stejný řád.

Je to asi 1/10 000 angstromu.

Abyste si to trochu představili,

pokud se díváte na celý atom,
který měří v průměru asi 1 angstrom,

takže abyste měli představu
o velikosti atomu

a o tom, kolik volného
místa se v něm nachází,

pokud se tomu dá říkat volné místo.

Představte si, že jádro je možná kulička

ve středu fotbalového stadionu,

zastřešeného fotbalového stadionu.

A představte si, že elektron je včela,

která nějak náhodně poletuje
po celém tom prostoru

uvnitř toho stadionu.

A zjevně je to kvantová včela,

takže přeskakuje z místa na místo

a není snadné předvídat,

kde se objeví příště a tak.

Ale dá vám to představu o poměru velikostí

elektronu a protonu vůči atomu jako celku.

Zvláštní na tom je,

jak prázdné vlastně atomy jsou,
a s nimi celá hmota.