Какие малые расстояния человек сумел оценить, и каким образом получил о них представление. Где становятся существенными познания о малом. Каковы размеры живых организмов.

 

Если смотреть исторически, то всё началось с изобретения линзы, расширившей возможности человеческого глаза. Однако ещё у древних греков было представление об атомах (а-не, томос - рассекаю - частица, не рассекающая пространство, не имеющая размеров). В этом смысле древние греки были близки к современному пониманию элементарных частиц. Изобретение оптического микроскопа совершило революцию. Стало понятным, что в микромире всё совершенно иначе, чем в макромире.

Обычно когда говорят о самых малых расстояниях, говорят об электронных микроскопах, однако даже самые лучшие электронные микроскопы в режиме 30кВ (с такой энергией частиц можно рассматривать только устойчивые неорганические структуры) даёт разрешение не более 3нм. Органические структуры, замороженные в жидком азоте можно рассматривать в режиме 1кВ и менее с разрешением не более 15нм. Однако, существуют методы, которые позволяют по многим электронным снимкам создать трёхмерные модели структур даже с большим разрешением, чем позволяет микроскоп. Однако, для этого требуются невероятно мощные кластерные суперкомпьютеры.

Надо сказать, что размеры отдельных атомов или молекул можно назвать лишь условно, потому что они являются полевыми структурами и как бы размыты в пространстве. Поэтому эти размеры являются условными и обозначают, например, область пространства, в которой сосредоточен какой-то процент энергии частицы.

Однако, оценки размеров элементарных частиц производятся другими методами. обычно применяется метод рассеяния одной частицы на другой. То есть, разгоняют пучок одних частиц и направляют их на другие. При этом частицы сталкиваются и отклоняются от своего первоначального курса. И в зависимости от распределения частиц по углам и количеству провзаимодействовавших частиц можно оценить размеры частицы. На сегодняшний день самые точные оценки размеров не превышают 10^-18м (десять в минус 18-ой степени метра).

Так же существует так называемая фундаментальная длина. При расстояниях меньших этой длины само понятие "расстояние" теряет смысл. Сейчас большинство физиков склоняются к тому, что эта длина равна гравитационной Планковской длине, то есть 10^-33м. Однако, до сих пор это не доказано и есть альтернативные мнения. Само существование этой длины связано с представлениями о нелокальности пространства-времени, то есть, грубо говоря, одна частица может находиться в двух местах одновременно.

Уже понятно, что представления о малых расстояниях становятся существенными в области изучения отдельных клеток живого, органических и неорганических молекул, атомов. Практическое значения знаний о малых объектах физического мира огромно. Практически вся современная медицина опирается на микробиологию и биоинженерию, которые не мыслятся без мощных микроскопов и оценки малых расстояний. Печально, что познания о малых расстояниях использовались для создания ядерных и термоядерных бомб. Однако, атомная энергетика - это энергетика сегодняшнего дня, а термоядерная - дня будущего. Современные компьютеры так же невозможны без оценки малых расстояний, потому как современные микропроцессоры производятся по 15нм технологии.

. Атом для наглядности представляют как почти пустое пространство, в центре которого находится несколько крошечных субатомных частиц, образующих ядро, окруженное электронами. Диаметр такой субатомной частицы очень грубо оценивается в 10-13 см; 10 триллионов (1013) таких частиц, выстроенных в ряд, могли бы поместиться в 1 см. Эти частицы носят названия «протоны» и «нейтроны». Диаметр ядра равен примерно 10-12 см. Следующий скачок в шкале размеров - атом; его размеры составляют 1 Å (ангстрем) = 10-8 см, т. е. атом примерно в 100 тыс. раз больше протона. Атомы могут объединяться в молекулы, которые, группируясь, способны заполнить любой объем: сосуд с газом, кристалл, каплю жидкости или целый океан. Толщина страницы книги - несколько миллионов атомов.

Длина волны видимого света лежит в интервале 4·10-5 - 7,2·10-5 см. Поэтому частицы большего размера можно наблюдать в оптический микроскоп. Для наблюдения более мелких объектов используют электронные микроскопы, поскольку электроны высокой энергии обладают значительно меньшей длиной волны. Бактерии, мельчайшие живые организмы, имеют микроскопические размеры. Вирусы, паразитирующие на клетках живых организмов, значительно меньше бактерий и потому невидимы в обычный микроскоп. Все наблюдаемые живые