W małej skali

Od pszczoły do komórki, wirusa i atomu - zrozumieć skalę bardzo małych rzeczy.

Chciałbym w tym filmie pokazać,

co się stanie gdy zaczniemy się przyglądać

obiektom o naprawdę małych i bardzo małych rozmiarach.

Zanim jednak do tego przejdziemy,

chcę zapoznać nas wszystkich

z jednostkami o jakich będziemy rozmawiać.

Wszyscy wiemy jak wygląda metr.

Średni wzrost dorosłego człowieka to nieco poniżej 2 metrów.

Kiedy podzielimy metr na tysiąc części,

otrzymamy milimetr.

Myślę że raczej wiemy jak wygląda milimetr.

Kiedy spojrzymy na linijkę,

jest to najmniejszy odcinek na niej,

ciężko go dostrzec.

Kiedy podzielimy milimetr na tysiąc części,

otrzymmy mikrometr.

Możemy też wyobrazić sobie mikrometr

jako jedną milionową metra,

więc jest to coś ponad

nasze możliwości percepcji rzeczywistości.

Kiedy znów ten jednen mikrometr

podzielimy na tysiąc części,

otrzymamy nanometr,

więc teraz jest to miliardowa część metra.

Dzieląc to przez tysiąc,

otrzymamy pikometr, a pikometr to

jedna tysięczna miliardowej części metra,

lub inaczej jedna bilionowa metra.

Znów dzielimy ją na tysiąc części

i otrzymujemy femtometr,

tak więc są to niewyobrażalnie małe rzeczy.

Skoro zaznajomiliśmy się z jednostkami,

czas odkryć jakie rzeczy możemy

znaleźć we wspomnianych rozmiarach.

Zacznę tutaj,

zapisałem je również po lewej stronie,

ale łatwiej to zrozumieć widząc obrazki.

Zacznę od pszczoły.

Celowo wybrałem coś tego rozmiaru.

Jest, wiele, wiele, wiele, prawie nieskończenie wiele rzeczy,

które mógłbym wybrać w tym rozmiarze.

Przeciętna pszczoła ma około 2 centymetrów długości.

Tutaj jest ta pszczoła.

Ma około jedną setną długości

przeciętnego dorosłego człowieka.

Niezbyt ekscytująca pszczoła

staje się bardzo interesująca,

kiedy ją powiekszymy, o tak.

Każdy widział pszczołę. Możemy się do niej odnieść.

Teraz chciałbym powiększyć lub przyjrzeć się

czemuś 50 razy mniejszemu niż pszczoła.

Gdybym chciał pokazać jak duże coś jest

w odniesieniu do pszczoły,

wyglądałoby to mniej więcej tak.

Robię to bardzo na oko.

To jest roztocze.

Tutaj, oba te obrazki przedstawiają roztocza.

Teraz roztocza wyglądają jak obce i dziwne stworzenia.

Niesamowite w nich jest to,

że są wszędzie wokół nas.

Zapewne mamy ich mnówstwo na naszej skórze, czy gdziekolwiek,

własnie teraz - to trochę przerażająca wizja.

Ale, rozmawiamy teraz o rozmiarach.

Przeciętnej wielkości roztocze...

Przedtem rozmawialiśmy o centymetrach,

teraz mówimy o milimetrach.

Przeciętnej wielkości roztocze ma mniej niż pół milimetra.

A jeśli zmierzymy je w mikrometrach,

będzie miało około czterystu mikrometrów.

Zatem, ta długość tutaj to około 400 mikrometrów.

Około jednej pięćdziesiątej tej wielkiej

pszczoły, tutaj.

To około jedna pięćdziesiąta długości pszczoły.

By spojrzeć na to od innej strony,

odniesiemy sie do czegoś bardziej znajomego.

To powiększony obraz ludzkiego włosa.

Możemy pomyśleć: O jeju! Ta osoba ma okropne włosy.

Ale nie.

Jeśli spojrzymy na nasz własny włos pod mikroskopem elektronowym,

będziemy szczęściarzami jeśli będzie wyglądał tak dobrze.

Widziałem obrazy dużo bardziej zniszczonych włosów.

To prawdopodobnie gładki i jedwabisty włos.

Średnica ludzkiego włosa, z reguły,

to zależy czyj to włos,

średnica ludzkiego włosa to około stu...

Nie wiedać kiedy piszę w tym kolorze.

To około stu mikrometrów.

To jest średnica włosa.

To około jednej czwartej długości roztocza.

Lub, jeśli narysujemy ludzki włos w odniesieniu do pszczoły,

bedzie wyglądał mniej więcej tak.

To byłoby około, rysuję cały włos,

więc jego szerokość byłaby taka jak tu narysowałem.

Pamiętajmy, że patrzymy na pszczołę.

Wygląda jak jakiś gigant, ale to pszczoła.

Przybliżmy jeszcze bardziej.

Zaczęliśmy od pszczoły.

Przybliżylismy 50 razy by dostrzec roztocze.

Przybliżyliśmy kolejne 4 razy,

by dostrzec szerokość ludzkiego włosa.

Kiedy przybliżymy, będziemy w zakresie mikrometrów,

Jeśli przybliżymy kolejne dziesięć razy,

dojdziemy do rozmiarów komórek.

To tutaj, to jest czerwona komórka krwi.

Sądzę, że tu mamy białą komórkę krwi.

Około sześć do ośmiu mikrometrów.

I znowu, jeśli narysujemy komórkę

w odniesieniu do ludzkiego włosa,

będzie wyglądała mniej więcej jak to.

Coś w podobnym rozmiarze, do czego wciąż

możemy się odnieść, to szerokość pajęczej nici.

Mierzy około od trzech do ośmiu mikrometrów.

Jeśli narysuję tu nić pajeczą,

będzie wyglądać mniej więcej tak.

To jest faktyczny obraz nici pajeczej.

Coś, co możemy pojąć, przyswoić.

Możemy wpaść w pajęczynę, dotknąć nici pajęczej.

Możemy zobaczyć czy dobrze odbija słońce,

czy jest odrobinę wilgotna.

W każdym razie, jest to chyba najmniejsza rzecz jakiej człowiek może doświadczyć

i znajduje się w zakresie mikrometrów.

W tym samym zakresie mieszczą się

jedne z większych bakterii.

W dużym przybliżeniu,

bakterie mogą mierzyć od 1 do 10 mikrometrów.

Zatem generalnie są mniejsze od komówrek.

Większość bakterii jest mniejsza niż większość komórek.

I żeby wiedzieć gdzie mieszczą się na skali...

Mam ją tutaj.

Będę nam wciąż przypominał,

że zaczęliśmy od ludzi.

Dzieląc wzrost człowieka przez sto, dochodzimy do pszczoły.

Każda z tych kresek dzieli przez dziesięć.

To jest podzielone przez dziesięć.

Dzielimy znów przez dziesięć

i nasz rozmiar jest podzielony przez sto.

Dzielimy znów przez dziesięć i mamy milimetr.

Podzieliliśmy przez tysiąc.

Dzielimy znów przez dziesięć i dochodzimy

do dziesiętnych milimetra, czyli

rozmiaru ludzkiego włosa.

Kolejne dzielenie przez dziesięć da nam dziesiątki mikrometrów.

Kolejne zaprowadzi nas do zakresu mikrometrów.

Teraz rozmawiamy o ludzkim włosie, o nie.

O ludzkim włosie było wcześniej.

Rozmawiamy o komórkach.

O bakteriach.

A teraz czeka nas prawdziwe szaleństwo.

Prawdziwe, ogromne szaleństwo.

To było w zakresie mikrometrów.

Teraz dojdziemy do setnych nanometra.

Żeby móc sobie to wyobrazić...

Pamietajmy, że nanometr to jedna tysięczna mikrometra.

A sto nanometrów to jedna dziesiąta mikrometra.

Na tym zdjęciu, to co wygląda

jak ogromna planeta lub asteroida,

to biała komórka krwi.

Olbrzymi niebieski twór na zdjęciu.

Kiedy oddalimy widok,

będzie wyglądać tak jak tutaj.

Z wielu powodów, naprawdę fascynujące tutaj,

są te małe zielone rzeczy,

pojawiające się po reprodukcji,

wyłaniajace się z powierzchni tej białej krwinki.

I to są wirusy AIDS.

Teraz kiedy przybliżymy o kolejne

sto lub tysiąc razy od rozmiaru komórki,

dojdziemy do rozmiaru wirusa.

Cały materiał genetyczny niezbędny do replikacji wirusa

jest wewnątrz każdego z tych małych kapsydów.

Jest wewnątrz każdego z tych zielonych pojemniczków.

Wracając do naszej skali...

Tu jest moja skala.

Zeszliśmy do rozmiaru wirusa.

Jesteśmy więc w zakresie setnych nanometra.

Jeśli podzielimy przez dziesięć i znowu przez dziesięć,

wejdziemy w zakres nanometrów.

I dokładnie tutaj znajdziemy

szerokość podwójnej helisy cząsteczki DNA.

Tutaj, kiedy przybliżymy,

oczywiście to artystyczne przedstawienie helisy.

To nie jest zdjęcie cząsteczki DNA.

Szerokość tej podwójnej helisy wynosi około dwóch nanometrów.

Lub inaczej,

około jedną sześćdziesiątą średnicy jednego z kapsydów wirusowych.

Tak musi być, gdyż

helisa będzie musiała się zwinąć

i zmieścić w jednym z tych kapsydów.

A DNA, dokładnie tutaj to tylko szerokość DNA,

jest dużo, dużo, dużo, dużo dłuższe.

I możemy o tym porozmawiać w następnych filmach.

Zatem doszliśmy do bardzo bardzo małych rozmiarów.

Jeśli pomyślimy o tym w odniesieniu do metra,

to są dwie miliardowe metra.

Musielibyśmy położyć ich pięćset milionów obok siebie,

by otrzymać metr.

Można nawet wyobrazić to sobie

jako dwie milionowe milimetra.

Ponownie - bardzo małe.

Moglibysmy położyć jedno obok drugiego, DNA i następne DNA,

żeby się dotykały, moglibyśy ich zmieścić

obok siebie 500.000 w milimetrze.

Jest to niewiarygodnie mało miejsca.

A teraz przedstawię inną jednostkę,

niezbyt konwencjonalną,

bez przedrostka poprzedzającego metry.

Mam na myśli angstrem.

Dziesięć angstremów to jeden nanometr.

Zatem, szerokość podwójnej helisy DNA

to dwa nanometry lub 20 angstremów.

Teraz, gdy znów podzielimy przez dziesięć,

otrzymamy coś o szerokości 2 angstremów lub 0,2 nanometra.

To będzie cząsteczka wody.

Może zamiast używac czerwonego,

powinieniem użyć niebieskiego, czy coś.

To tutaj to tlen

połączony z tymi dwoma wodorami.

Zatem docieramy do... to jest szczerze

poza ludzką możliwością pojecia rzeczy

czy mozliwości wyobrażenia.

Nawet bez mówienia o rozumieniu,

mam problem z wyobrażeniem sobie z jak małymi rzeczami

mamy tu do czynienia.

A mamy do czynienia, pamiętajmy,

z mniej niż jedną piątą miliardowej metra.

albo jedną piatą milionowej milimetra.

Coś, czego naprawdę nie mogę pojąć.

Ale znajdziemy jeszcze mniejsze rzeczy niż to.

Kiedy przybliżymy się do jednego z atomów wodoru,

teraz wkraczamy w obszar abstrakcji

i znajdujemy się już w wymiarze kwantowym.

I to jest trudne do określenia gdzie jedno się kończy,

a drugie zaczyna.

Co jest prawdziwe?

Co jest nieprawdziwe?

Cały ten ambaras.

Musimy się bardzo postarać.

Kiedy się zbliżymy

i zakreślimy umowną granicę atomowi wodoru,

gdyż elektrony właściwie mogą się swobodnie przemieszczać,

gdy zakreślimy umowną granicę, wewnątrz której

najprawdopodobniej znajduje się elektron,

średnica atomu wodoru wyniesie około jednego angstrema.

Ma to sens.

To około połowa średnicy cząsteczki wody.

To szaleństwo, ten atom jest

tak bardzo, bardzo mały.

Coś czego nie możemy pojąć.

To jedna dziesięciomiliardowa metra,

czy jedna dziesięciomilionowa milimetra.

Coś czego naprawdę, naprawdę nie potrafimy pojąć.

Jeszce bardziej szalonym jest fakt, że to w większości pusta przestrzeń.

Doszliśmy do takich drobinek, próbujemy

dotrzeć do podstawowych jednostek,

a to w większości pusta przestrzeń.

Kiedy spojrzymy na elektron

i powiedzmy jego "promień",

bardzo trudno określić gdzie się zaczyna a gdzie kończy.

I musimy wykonać operacje związane z ładunkiem.

I nawet nie myślimy o efektach kwantowych

i tym wszystkim.

Elektron ma "promień"

3 razy 10 do minus piątej angstrema.

A jądro atomu wodoru,

które składa się tylko z protonu, ma "promień" odrobinę...

Nie martwmy się ta liczbą,

to ma tylko być ukazane w samym rzędzie wielkości.

To około jednej dziesięciotysięcznej angstrema.

To po to, by uzmysłowić jak to wygląda

kiedy "promień" całego atomu

wynosi około jednego angstrema,

po to żeby móc sobie wyobrazić

jak wiele pustej przestrzeni znajduje sie w atomie.

O ile w ogóle chcemy zastanowić się czym jest ta pusta przestrzeń.

Wyobraźmy sobie jądro jako kamyk

pośrodku stadionu futbolowego,

kopulastego stadionu futbolowego.

I wyobraźmy sobie elektron jako pszczołę

swobodnie skaczącą do losowych miejsc całej przestrzeni

wewnątrz stadionu.

Oczywiście to kwantowa pszczoła,

więc może skakać swobodnie z miejsca na miejsce,

i nie jest łatwo przewidzieć

gdzie się za chwilę znajdzie ani całej reszty.

Da to nam poczucie rozmiaru

elektronu i protonu w odniesienu do atomu

jako całości.

Co jeszcze bardziej szalone, to da nam poczucie

jak puste są atomy i całość materii.