Hva du ikke kan se med det blotte øye

ØRSMÅ støvpartikler svever usett i luften. Men så kommer det en solstripe gjennom vinduet, og plutselig er det mulig å se det som tidligere var usynlig. Den gjennomtrengende lysstrålen avslører partiklene for det menneskelige øye.

Tenk litt mer over synlig lys, som det blotte øye oppfatter som hvitt eller fargeløst. Hva skjer hvis sollyset skinner gjennom små vanndråper i en bestemt vinkel? Vannet fungerer som et prisme, og vi ser en regnbue med vakre farger.

Gjenstander rundt oss reflekterer forskjellige bølgelengder av lys, noe øynene våre oppfatter som farge. Grønt gress frambringer for eksempel ikke grønt lys selv, men absorberer alle bølgelengder av synlig lys unntatt grønt. Gresset reflekterer den grønne bølgelengden og sender den mot øynene våre, og det gjør at gresset virker grønt for øynene.

Menneskelagde hjelpemidler

I de senere år er mange ting som er usynlige for det blotte øye, blitt synlige ved hjelp av moderne oppfinnelser. Vi kan betrakte en tilsynelatende livløs vanndråpe gjennom et vanlig mikroskop og oppdage at den rommer et mylder av forskjellige skapninger. Og et hårstrå, som det blotte øye oppfatter som jevnt og glatt, viser seg å være knudrete og takkete. Kraftige mikroskoper kan forstørre gjenstander en million ganger, noe som tilsvarer at et frimerke ville bli like stort som et lite land.

Ved å bruke enda kraftigere mikroskoper kan forskere nå studere overflaters konturer på atomnivå. På den måten får de innblikk i noe som inntil ganske nylig lå utenfor det menneskelige øyes rekkevidde.

På den annen side kan vi rette blikket mot nattehimmelen og se stjerner. Hvor mange? Med det blotte øye kan vi maksimalt se noen få tusen. Men da teleskopet ble oppfunnet for nesten 400 år siden, ble det mulig å se mange flere. I 1920-årene påviste så et kraftig teleskop i Mount Wilson-observatoriet at det finnes galakser utenfor vår egen, og at også de rommer utallige stjerner. I dag, da forskerne kan studere universet ved hjelp av avanserte menneskelagde instrumenter, anslår de at det finnes flere titall milliarder galakser, som i mange tilfeller består av flere hundre milliarder stjerner.

Det er virkelig forbløffende at teleskopene har påvist at milliarder av stjerner, som kan ses som Melkeveien fordi de tilsynelatende befinner seg i nærheten av hverandre, er skilt av ufattelig store avstander. På lignende måte har kraftige mikroskoper hjulpet det blotte øye til å se at gjenstander som later til å være massive, i virkeligheten er sammensatt av atomer som hovedsakelig består av tomrom.

 Det uendelig lille

Den minste lille prikk som kan ses under et vanlig mikroskop, er sammensatt av over ti milliarder atomer. I 1897 ble det likevel oppdaget at atomet har ørsmå kretsende partikler som kalles elektroner. Med tiden fant man ut at atomkjernen, som elektronene kretser rundt, består av større partikler — nøytroner og protoner. De 88 atomtypene, eller grunnstoffene, som forekommer naturlig på jorden, har i bunn og grunn samme størrelse, men de har forskjellig vekt fordi de har et jevnt stigende antall av disse tre fundamentale partiklene.

Elektronene — hos hydrogenatomet er det snakk om ett enkelt elektron — virvler gjennom rommet rundt atomkjernen milliarder av ganger hvert milliondels sekund, noe som gir atomet form og får det til å opptre som om det var massivt. Det ville være nødvendig å slå sammen nesten 1840 elektroner for å få en like stor masse som et proton eller et nøytron har. Både protonet og nøytronet er omkring 100 000 ganger mindre enn selve atomet.

For å få en viss idé om hvor mye tomrom det er i et atom, kan du prøve å se for deg kjernen i et hydrogenatom i forhold til det elektronet som kretser rundt kjernen. Hvis denne kjernen, som består av ett enkelt proton, var like stor som en tennisball, ville det kretsende elektronet befinne seg tre kilometer unna!

En avisartikkel om hundreårsjubileet for oppdagelsen av elektronet sa: «Det er få som har betenkeligheter med å feire noe som ingen har sett, som ikke har en størrelse som kan skjelnes, men som likevel har en målbar vekt, en elektrisk ladning — og snurrer som en snurrebass. . . . I dag er det ingen som betviler at ting vi ikke kan se, faktisk eksisterer.»

Enda mindre objekter

Partikkelakseleratorer, som kan slynge partikler av materie mot hverandre, gir nå forskere et glimt inn i atomkjernen. Resultatet er at det skrives avhandlinger om en lang rekke partikler med fremmedartede navn — positroner, fotoner, mesoner, kvarker og gluoner, for bare å nevne noen få. Alle er usynlige, selv ved hjelp av de aller kraftigste mikroskopene. Men med slikt utstyr som tåkekamre, boblekamre og scintillasjonstellere lar det seg gjøre å observere spor av deres eksistens.

Forskerne ser nå det som en gang var usynlig. Det gjør at de begynner å forstå betydningen av det de tror er de fire grunnkreftene — gravitasjonen, den elektromagnetiske kraften og to subnukleære krefter som kalles «den svake kraften» og «den sterke kraften». Noen forskere har gitt seg inn på en søken etter det som omtales som «teorien for alt», en teori som de håper skal gi én forståelig forklaring av universet, fra det makroskopiske til det mikroskopiske.

Hvilken lærdom kan vi høste av å se det som vi ikke kan se med det blotte øye? Og hvilke konklusjoner har mange trukket på bakgrunn av det de har lært? Svarene finner du i de neste artiklene.

[Bilde på side 3]

Bilder av nikkelatomer (øverst) og platinaatomer

[Rettigheter]

Gjengitt med tillatelse av IBM Corporation, Research Division, Almaden Research Center