Φυσικοί από τις ΗΠΑ κατάφεραν να απαθανατίσουν μεμονωμένα άτομα σε φωτογραφίες με ανάλυση ρεκόρ, αναφέρει το Day.Az με αναφορά στο Vesti.ru
Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Cornell των ΗΠΑ κατάφεραν να συλλάβουν μεμονωμένα άτομα σε φωτογραφίες με ανάλυση ρεκόρ - λιγότερο από μισό angstrom (0,39 Å). Οι προηγούμενες φωτογραφίες είχαν τη μισή ανάλυση - 0,98 Å.
Ισχυρά ηλεκτρονικά μικροσκόπια που μπορούν να δουν άτομα υπάρχουν εδώ και μισό αιώνα, αλλά η ανάλυσή τους περιορίζεται από το μήκος κύματος του ορατού φωτός, το οποίο είναι μεγαλύτερο από τη διάμετρο του μέσου ατόμου.
Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν ένα συγκεκριμένο ανάλογο φακών που εστιάζουν και μεγεθύνουν τις εικόνες σε ηλεκτρονικά μικροσκόπια - αυτό είναι ένα μαγνητικό πεδίο. Ωστόσο, διακυμάνσεις μαγνητικό πεδίοπαραμορφώνουν το αποτέλεσμα που προκύπτει. Για την αφαίρεση των παραμορφώσεων, χρησιμοποιούνται πρόσθετες συσκευές που διορθώνουν το μαγνητικό πεδίο, αλλά ταυτόχρονα αυξάνουν την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου.
Προηγουμένως, φυσικοί από το Πανεπιστήμιο Κορνέλ ανέπτυξαν τη συσκευή ανιχνευτή σειράς εικονοστοιχείων ηλεκτρονικών μικροσκοπίων (EMPAD), αντικαθιστώντας πολύπλοκο σύστημαγεννήτριες που εστιάζουν τα εισερχόμενα ηλεκτρόνια σε μια μικρή μήτρα ανάλυσης 128x128 pixel, ευαίσθητη σε μεμονωμένα ηλεκτρόνια. Κάθε εικονοστοιχείο καταγράφει τη γωνία ανάκλασης του ηλεκτρονίου. Γνωρίζοντας το, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν την τεχνική της πτυακογραφίας για να ανασυνθέσουν τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρονίων, συμπεριλαμβανομένων των συντεταγμένων του σημείου από το οποίο απελευθερώθηκε.
Άτομα στην υψηλότερη ανάλυση
Ο David A. Muller et al. Φύση, 2018.
Το καλοκαίρι του 2018, οι φυσικοί αποφάσισαν να βελτιώσουν την ποιότητα των εικόνων που προέκυψαν σε επίπεδο ρεκόρ σήμεραάδειες. Οι επιστήμονες προσάρτησαν ένα φύλλο δισδιάστατου υλικού, το θειούχο μολυβδαίνιο MoS2, σε μια κινούμενη δέσμη και εκτόξευσαν δέσμες ηλεκτρονίων περιστρέφοντας τη δέσμη σε διαφορετικές γωνίες προς την πηγή ηλεκτρονίων. Χρησιμοποιώντας EMPAD και ptaycography, οι επιστήμονες προσδιόρισαν τις αποστάσεις μεταξύ μεμονωμένων ατόμων μολυβδαινίου και έλαβαν μια εικόνα με ανάλυση ρεκόρ 0,39 Å.
«Βασικά δημιουργήσαμε τον μικρότερο χάρακα στον κόσμο», εξηγεί ο Sol Gruner, ένας από τους συγγραφείς του πειράματος. Στην εικόνα που προέκυψε, ήταν δυνατό να διακριθούν άτομα θείου με ανάλυση ρεκόρ 0,39 Å. Επιπλέον, ήταν ακόμη δυνατό να διακρίνει κανείς ένα μέρος όπου έλειπε ένα τέτοιο άτομο (που υποδεικνύεται από ένα βέλος).
Άτομα θείου σε ανάλυση ρεκόρ
Ο Trurl άρχισε να πιάνει άτομα, να ξύνει ηλεκτρόνια από αυτά, να ζυμώνει πρωτόνια μέχρι να τρεμοπαίζουν μόνο τα δάχτυλά του, ετοίμασε ζύμη πρωτονίων, άπλωσε ηλεκτρόνια γύρω του και - για το επόμενο άτομο. Δεν είχαν περάσει ούτε πέντε λεπτά πριν κρατούσε στα χέρια του ένα μπλοκ από καθαρό χρυσό: το έδωσε στο ρύγχος του, κι εκείνη, αφού δοκίμασε το μπλοκ στο δόντι της και κούνησε το κεφάλι της, είπε:
- Και πράγματι είναι χρυσός, αλλά δεν μπορώ να κυνηγήσω άτομα έτσι. Είμαι πολύ μεγάλος.
- Δεν πειράζει, θα σας δώσουμε μια ειδική συσκευή! - Τον έπεισε ο Τρουρλ.
Stanislaw Lem, Cyberiad
Είναι δυνατόν, χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο, να δούμε ένα άτομο, να το διακρίνουμε από ένα άλλο άτομο, να παρατηρήσουμε την καταστροφή ή το σχηματισμό ενός χημικού δεσμού και να δούμε πώς ένα μόριο μετασχηματίζεται σε ένα άλλο; Ναι, αν δεν είναι απλό μικροσκόπιο, αλλά ατομικής δύναμης. Και δεν χρειάζεται να περιοριστείτε στην παρατήρηση. Ζούμε σε μια εποχή που το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης δεν είναι πλέον απλώς ένα παράθυρο στον μικρόκοσμο. Σήμερα αυτή η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετακινήσει άτομα, να καταστρέψει χημικοί δεσμοί, μελετώντας το όριο τάνυσης μεμονωμένων μορίων - και ακόμη και για τη μελέτη του ανθρώπινου γονιδιώματος.
Γράμματα κατασκευασμένα από pixel xenon
Η εξέταση των ατόμων δεν ήταν πάντα τόσο εύκολη. Η ιστορία του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης ξεκίνησε το 1979, όταν ο Gerd Karl Binnig και ο Heinrich Rohrer, που εργάζονταν στο Ερευνητικό Κέντρο IBM στη Ζυρίχη, άρχισαν να δημιουργούν ένα όργανο που θα επέτρεπε τη μελέτη επιφανειών σε ατομική ανάλυση. Για να καταλήξουν σε μια τέτοια συσκευή, οι ερευνητές αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν το φαινόμενο της σήραγγας - την ικανότητα των ηλεκτρονίων να ξεπερνούν φαινομενικά αδιαπέραστα εμπόδια. Η ιδέα ήταν να προσδιοριστεί η θέση των ατόμων στο δείγμα μετρώντας την ισχύ του ρεύματος σήραγγας που προκύπτει μεταξύ του καθετήρα σάρωσης και της υπό μελέτη επιφάνειας.
Οι Binnig και Rohrer πέτυχαν και έμειναν στην ιστορία ως οι εφευρέτες του μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας (STM) και το 1986 έλαβαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας έχει κάνει μια πραγματική επανάσταση στη φυσική και τη χημεία.
Το 1990, ο Don Eigler και ο Erhard Schweitzer, που εργάζονταν στο Ερευνητικό Κέντρο IBM στην Καλιφόρνια, έδειξαν ότι το STM μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για την παρατήρηση των ατόμων, αλλά και για τον χειρισμό τους. Χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας, δημιούργησαν ίσως την πιο δημοφιλή εικόνα που συμβολίζει τη μετάβαση των χημικών στην εργασία με μεμονωμένα άτομα - ζωγράφισαν τρία γράμματα σε μια επιφάνεια νικελίου με 35 άτομα ξένον (Εικ. 1).
Ο Binnig δεν επαναπαύτηκε στις δάφνες του - τη χρονιά που έλαβε βραβείο ΝόμπελΜαζί με τους Christopher Gerber και Kelvin Quaite, που εργάζονταν επίσης στο Ερευνητικό Κέντρο της IBM Zurich, άρχισε να εργάζεται σε μια άλλη συσκευή για τη μελέτη του μικροκόσμου, χωρίς τα μειονεκτήματα που ενυπάρχουν στο STM. Το γεγονός είναι ότι με τη βοήθεια ενός μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας ήταν αδύνατο να μελετηθούν διηλεκτρικές επιφάνειες, αλλά μόνο αγωγοί και ημιαγωγοί, και για να αναλυθούν οι τελευταίοι, ήταν απαραίτητο να δημιουργηθεί ένα σημαντικό κενό μεταξύ αυτών και του καθετήρα μικροσκοπίου. Συνειδητοποιώντας ότι η δημιουργία μιας νέας συσκευής ήταν ευκολότερη από την αναβάθμιση μιας υπάρχουσας, οι Binnig, Gerber και Quaite επινόησαν το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης ή AFM. Η αρχή της λειτουργίας του είναι ριζικά διαφορετική: για να λάβουν πληροφορίες σχετικά με την επιφάνεια, δεν μετρούν την τρέχουσα ισχύ που προκύπτει μεταξύ του καθετήρα μικροσκοπίου και του δείγματος που μελετάται, αλλά την τιμή των ελκτικών δυνάμεων που προκύπτουν μεταξύ τους, δηλαδή οι ασθενείς μη χημικές αλληλεπιδράσεις - δυνάμεις van der Waals.
Το πρώτο μοντέλο λειτουργίας του AFM ήταν σχετικά απλό. Οι ερευνητές μετακίνησαν έναν διαμαντένιο καθετήρα πάνω από την επιφάνεια του δείγματος, συνδεδεμένο με έναν εύκαμπτο μικρομηχανικό αισθητήρα - έναν πρόβολο από φύλλο χρυσού (η έλξη προκύπτει μεταξύ του καθετήρα και του ατόμου, ο πρόβολος κάμπτεται ανάλογα με τη δύναμη έλξης και παραμορφώνει το πιεζοηλεκτρικό) . Ο βαθμός κάμψης του προβόλου προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες - με παρόμοιο τρόπο που οι αυλακώσεις και οι ραβδώσεις ενός δίσκου βινυλίου μετατρέπονται σε ηχογράφηση. Ο σχεδιασμός του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης του επέτρεψε να ανιχνεύσει ελκτικές δυνάμεις έως και 10-18 newton. Ένα χρόνο μετά τη δημιουργία ενός πρωτοτύπου εργασίας, οι ερευνητές μπόρεσαν να λάβουν μια εικόνα της τοπογραφίας της επιφάνειας του γραφίτη με ανάλυση 2,5 angstroms.
Τις τρεις δεκαετίες που έχουν περάσει από τότε, το AFM έχει χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη σχεδόν οποιουδήποτε χημικού αντικειμένου - από την επιφάνεια ενός κεραμικού υλικού έως τα ζωντανά κύτταρα και τα μεμονωμένα μόρια, τόσο σε στατική όσο και σε δυναμική κατάσταση. Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης έχει γίνει το επίκεντρο των χημικών και των επιστημόνων υλικών και ο αριθμός των μελετών που χρησιμοποιούν αυτή τη μέθοδο αυξάνεται συνεχώς (Εικ. 2).
Με τα χρόνια, οι ερευνητές επέλεξαν συνθήκες τόσο για μελέτη επαφής όσο και χωρίς επαφή αντικειμένων χρησιμοποιώντας μικροσκοπία ατομικής δύναμης. Η μέθοδος επαφής περιγράφεται παραπάνω και βασίζεται στην αλληλεπίδραση van der Waals μεταξύ του προβόλου και της επιφάνειας. Όταν λειτουργεί σε λειτουργία χωρίς επαφή, ο πιεζοδιωκτητής διεγείρει τις ταλαντώσεις του καθετήρα σε μια ορισμένη συχνότητα (συνήθως συντονισμένη). Η δύναμη που ασκείται από την επιφάνεια προκαλεί αλλαγή τόσο του πλάτους όσο και της φάσης των ταλαντώσεων του καθετήρα. Παρά ορισμένα μειονεκτήματα της μεθόδου χωρίς επαφή (κυρίως ευαισθησία στον εξωτερικό θόρυβο), εξαλείφει την επίδραση του ανιχνευτή στο υπό μελέτη αντικείμενο και επομένως είναι πιο ενδιαφέρουσα για τους χημικούς.
Ζωντανό σε ανιχνευτές, σε αναζήτηση συνδέσεων
Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης έγινε μη επαφή το 1998 χάρη στη δουλειά του μαθητή του Binnig, Franz Josef Gissibl. Ήταν αυτός που πρότεινε τη χρήση ενός ταλαντωτή αναφοράς χαλαζία σταθερής συχνότητας ως πρόβολο. 11 χρόνια αργότερα, ερευνητές από το εργαστήριο IBM στη Ζυρίχη ανέλαβαν μια άλλη τροποποίηση του AFM χωρίς επαφή: ο ρόλος ενός αισθητήρα δεν έπαιξε ένας αιχμηρός κρύσταλλος διαμαντιού, αλλά από ένα μόνο μόριο - το μονοξείδιο του άνθρακα. Αυτό κατέστησε δυνατή τη μετάβαση σε υποατομική ανάλυση, όπως έδειξε ο Leo Gross από το τμήμα της Ζυρίχης της IBM. Το 2009, χρησιμοποιώντας AFM, έκανε ορατά όχι άτομα, αλλά χημικούς δεσμούς, λαμβάνοντας μια αρκετά σαφή και αναμφισβήτητα αναγνώσιμη «εικόνα» για το μόριο του πεντακενίου (Εικ. 3; Επιστήμη, 2009, 325, 5944, 1110–1114, doi: 10.1126/science.1176210).
Πεπεισμένος ότι οι χημικοί δεσμοί μπορούσαν να φανούν χρησιμοποιώντας AFM, ο Leo Gross αποφάσισε να προχωρήσει περισσότερο και να χρησιμοποιήσει ένα μικροσκόπιο ατομικής δύναμης για να μετρήσει τα μήκη και τις τάξεις των δεσμών - βασικές παράμετροι για την κατανόηση χημική δομή, και κατά συνέπεια, τις ιδιότητες των ουσιών.
Θυμηθείτε ότι η διαφορά στη σειρά των συνδέσεων δείχνει διαφορετικές έννοιεςπυκνότητα ηλεκτρονίων και διαφορετικές διατομικές αποστάσεις μεταξύ δύο ατόμων (με απλά λόγια, ένας διπλός δεσμός είναι μικρότερος από έναν απλό δεσμό). Στο αιθάνιο η τάξη δεσμού άνθρακα-άνθρακα είναι ένα, στο αιθυλένιο είναι δύο, και στο κλασικό αρωματικό μόριο βενζόλιο η τάξη δεσμού άνθρακα-άνθρακα είναι μεγαλύτερη από ένα αλλά μικρότερη από δύο και θεωρείται ότι είναι 1,5.
Ο προσδιορισμός της σειράς δεσμών είναι πολύ πιο δύσκολος όταν μεταβαίνουμε από απλά αρωματικά συστήματα σε επίπεδα ή χύμα πολυσυμπυκνωμένα κυκλικά συστήματα. Έτσι, η σειρά των δεσμών στα φουλερένια, που αποτελούνται από συμπυκνωμένους πενταμελείς και εξαμελείς δακτυλίους άνθρακα, μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή από ένα έως δύο. Η ίδια αβεβαιότητα είναι θεωρητικά εγγενής στις πολυκυκλικές αρωματικές ενώσεις.
Το 2012, ο Leo Gross, μαζί με τον Fabian Mohn, έδειξε ότι ένα μικροσκόπιο ατομικής δύναμης με μεταλλικό ανιχνευτή άνευ επαφής τροποποιημένο με μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί να μετρήσει διαφορές στην κατανομή φορτίου των ατόμων και στις διατομικές αποστάσεις - δηλαδή, παραμέτρους που σχετίζονται με τη σειρά δεσμών. Επιστήμη, 2012, 337, 6100, 1326–1329, doi: 10.1126/science.1225621).
Για να γίνει αυτό, μελέτησαν δύο τύπους χημικών δεσμών στο φουλερένιο - έναν δεσμό άνθρακα-άνθρακα, κοινό στους δύο εξαμελείς δακτυλίους που περιέχουν άνθρακα του φουλερενίου C60 και έναν δεσμό άνθρακα-άνθρακα, κοινό στους πέντε και έξι -μέλη δαχτυλίδια. Ένα μικροσκόπιο ατομικής δύναμης έδειξε ότι η συμπύκνωση εξαμελών δακτυλίων παράγει έναν δεσμό που είναι βραχύτερος και μεγαλύτερης τάξης από τη συμπύκνωση των κυκλικών θραυσμάτων C 6 και C 5 . Η μελέτη των χαρακτηριστικών του χημικού δεσμού στο εξαβενζοκορωνένιο, όπου έξι ακόμη δακτύλιοι C 6 βρίσκονται συμμετρικά γύρω από τον κεντρικό δακτύλιο C 6, επιβεβαίωσε τα αποτελέσματα της κβαντικής χημικής μοντελοποίησης, σύμφωνα με τα οποία η σειρά Συνδέσεις C-C κεντρικός δακτύλιος(στο Σχ. 4 το γράμμα Εγώ) πρέπει να είναι μεγαλύτεροι από τους δεσμούς που συνδέουν αυτόν τον δακτύλιο με περιφερειακούς κύκλους (στο Σχ. 4 το γράμμα ι). Παρόμοια αποτελέσματα ελήφθησαν για έναν πιο πολύπλοκο πολυκυκλικό αρωματικό υδρογονάνθρακα που περιέχει εννέα εξαμελείς δακτυλίους.
Οι παραγγελίες δεσμών και οι διατομικές αποστάσεις, φυσικά, ενδιέφεραν τους οργανικούς χημικούς, αλλά ήταν πιο σημαντικό για εκείνους που εργάζονταν στη θεωρία των χημικών δεσμών, η πρόβλεψη αντιδραστικότητακαι μελέτη μηχανισμών χημικές αντιδράσεις. Ωστόσο, τόσο οι συνθετικοί χημικοί όσο και οι ειδικοί στη μελέτη της δομής των φυσικών ενώσεων αντιμετώπισαν έκπληξη: αποδείχθηκε ότι το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της δομής των μορίων με τον ίδιο τρόπο όπως η φασματοσκοπία NMR ή IR. Επιπλέον, παρέχει μια σαφή απάντηση σε ερωτήματα που αυτές οι μέθοδοι δεν μπορούν να χειριστούν.
Από τη φωτογραφία στον κινηματογράφο
Το 2010, οι ίδιοι Leo Gross και Rainer Ebel μπόρεσαν να δημιουργήσουν αναμφισβήτητα τη δομή μιας φυσικής ένωσης - της κεφαλαντόλης Α, που απομονώθηκε από ένα βακτήριο Dermacoccus abyssi(Χημεία της Φύσης, 2010, 2, 821–825, doi: 10.1038/nchem.765). Η σύνθεση της κεφαλαντόλης Α καθορίστηκε προηγουμένως χρησιμοποιώντας φασματομετρία μάζας, αλλά η ανάλυση των φασμάτων NMR αυτής της ένωσης δεν έδωσε μια σαφή απάντηση στο ερώτημα της δομής της: τέσσερις επιλογές ήταν δυνατές. Χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο ατομικής δύναμης, οι ερευνητές εξάλειψαν αμέσως δύο από τις τέσσερις δομές και από τις υπόλοιπες δύο σωστή επιλογήέγινε με σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις AFM και κβαντικών χημικών. Το έργο αποδείχθηκε δύσκολο: σε αντίθεση με το πεντακένιο, το φουλερένιο και τα κορονένια, η κεφαλαντόλη Α περιέχει όχι μόνο άτομα άνθρακα και υδρογόνου, επιπλέον, αυτό το μόριο δεν έχει επίπεδο συμμετρίας (Εικ. 5) - αλλά αυτό το πρόβλημα λύθηκε επίσης.
Μια άλλη επιβεβαίωση ότι το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναλυτικό εργαλείο ελήφθη στην ομάδα του Oscar Kustanza, ο οποίος εκείνη την εποχή εργαζόταν στο σχολή μηχανικώνΠανεπιστήμιο της Οσάκα. Έδειξε πώς να χρησιμοποιείτε το AFM για να διακρίνετε άτομα που διαφέρουν μεταξύ τους πολύ λιγότερο από τον άνθρακα και το υδρογόνο ( Φύση, 2007, 446, 64–67, doi: 10.1038/nature05530). Ο Kustants εξέτασε την επιφάνεια ενός κράματος που αποτελείται από πυρίτιο, κασσίτερο και μόλυβδο με γνωστή περιεκτικότητα σε κάθε στοιχείο. Ως αποτέλεσμα πολλών πειραμάτων, ανακάλυψε ότι η δύναμη που προκύπτει μεταξύ της άκρης του καθετήρα AFM και διαφορετικά άτομα, ποικίλλει (Εικ. 6). Για παράδειγμα, η ισχυρότερη αλληλεπίδραση παρατηρήθηκε κατά την ανίχνευση πυριτίου και η πιο αδύναμη αλληλεπίδραση παρατηρήθηκε κατά την ανίχνευση μολύβδου.
Υποτίθεται ότι στο μέλλον, τα αποτελέσματα της μικροσκοπίας ατομικής δύναμης για την αναγνώριση μεμονωμένων ατόμων θα υποβάλλονται σε επεξεργασία με τον ίδιο τρόπο όπως τα αποτελέσματα NMR - συγκρίνοντας τις σχετικές τιμές. Επειδή η ακριβής σύνθεση της βελόνας του αισθητήρα είναι δύσκολο να ελεγχθεί, η απόλυτη τιμή της δύναμης μεταξύ του αισθητήρα και διαφορετικά άτομαεπιφάνεια εξαρτάται από τις πειραματικές συνθήκες και τη μάρκα της συσκευής, αλλά η αναλογία αυτών των δυνάμεων για οποιαδήποτε σύνθεση και σχήμα του αισθητήρα παραμένει σταθερή για κάθε χημικό στοιχείο.
Το 2013, εμφανίστηκαν τα πρώτα παραδείγματα χρήσης AFM για τη λήψη εικόνων μεμονωμένων μορίων πριν και μετά τις χημικές αντιδράσεις: δημιουργείται μια «φωτογραφία» από τα προϊόντα και τα ενδιάμεσα της αντίδρασης, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να τοποθετηθούν σε ένα είδος ντοκυμαντέρ (Επιστήμη, 2013, 340, 6139, 1434–1437; doi: 10.1126/science.1238187).
Ο Felix Fischer και ο Michael Crommie από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ έβαλαν ασήμι στην επιφάνεια 1,2-δις[(2-αιθυνυλφαινυλ)αιθυνυλ]βενζόλιο, απεικόνισε τα μόρια και θέρμανε την επιφάνεια για να ξεκινήσει η κυκλοποίηση. Τα μισά από τα αρχικά μόρια μετατράπηκαν σε πολυκυκλικές αρωματικές δομές που αποτελούνταν από τηγμένους πέντε εξαμελείς και δύο πενταμελείς δακτυλίους. Ένα άλλο τέταρτο των μορίων σχημάτισε δομές αποτελούμενες από τέσσερις εξαμελείς δακτυλίους που συνδέονται μέσω ενός τετραμελούς δακτυλίου και δύο πενταμελών δακτυλίων (Εικ. 7). Τα υπόλοιπα προϊόντα ήταν ολιγομερείς δομές και, σε μικρές ποσότητες, πολυκυκλικά ισομερή.
Αυτά τα αποτελέσματα εξέπληξαν τους ερευνητές δύο φορές. Πρώτον, μόνο δύο κύρια προϊόντα σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Δεύτερον, η δομή τους ήταν εκπληκτική. Ο Fischer σημειώνει ότι η χημική διαίσθηση και η εμπειρία κατέστησαν δυνατή την κατάρτιση δεκάδων πιθανά προϊόντααντιδράσεις, αλλά καμία από αυτές δεν αντιστοιχούσε στις ενώσεις που σχηματίστηκαν στην επιφάνεια. Είναι πιθανό ότι η εμφάνιση άτυπων χημικών διεργασιών διευκολύνθηκε από την αλληλεπίδραση των αρχικών ουσιών με το υπόστρωμα.
Φυσικά, μετά τις πρώτες σοβαρές επιτυχίες στη μελέτη των χημικών δεσμών, ορισμένοι ερευνητές αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν το AFM για να παρατηρήσουν ασθενέστερες και λιγότερο μελετημένες διαμοριακές αλληλεπιδράσεις, ιδίως δεσμούς υδρογόνου. Ωστόσο, οι εργασίες σε αυτόν τον τομέα μόλις ξεκινούν και τα αποτελέσματα είναι αντιφατικά. Έτσι, ορισμένες δημοσιεύσεις αναφέρουν ότι η μικροσκοπία ατομικής δύναμης κατέστησε δυνατή την παρατήρηση δεσμών υδρογόνου ( Επιστήμη, 2013, 342, 6158, 611–614, doi: 10.1126/science.1242603), άλλοι ισχυρίζονται ότι πρόκειται απλώς για τεχνουργήματα λόγω των σχεδιαστικών χαρακτηριστικών της συσκευής και πειραματικά αποτελέσματαπρέπει να ερμηνευθεί πιο προσεκτικά ( Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης, 2014, 113, 186102, doi: 10.1103/PhysRevLett.113.186102). Ίσως η τελική απάντηση στο ερώτημα εάν το υδρογόνο και άλλες διαμοριακές αλληλεπιδράσεις μπορούν να παρατηρηθούν χρησιμοποιώντας μικροσκοπία ατομικής δύναμης θα ληφθεί ήδη αυτή τη δεκαετία. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να αυξήσετε την ανάλυση AFM τουλάχιστον αρκετές φορές περισσότερο και να μάθετε να λαμβάνετε εικόνες χωρίς παρεμβολές ( Φυσική Ανασκόπηση Β, 2014, 90, 085421, doi: 10.1103/PhysRevB.90.085421).
Μονομοριακή σύνθεση
ΣΕ σε ικανά χέριαΤόσο το STM όσο και το AFM μετατρέπονται από συσκευές ικανές να μελετούν την ύλη σε συσκευές ικανές να αλλάζουν σκόπιμα τη δομή της ύλης. Με τη βοήθεια αυτών των συσκευών έχει ήδη καταστεί δυνατή η απόκτηση του «μικρότερου χημικά εργαστήρια», στο οποίο χρησιμοποιείται ένα υπόστρωμα αντί για φιάλη και μεμονωμένα μόρια χρησιμοποιούνται αντί για mol ή millimoles αντιδρώντων.
Για παράδειγμα, το 2016 διεθνής όμιλοςΟι επιστήμονες με επικεφαλής τον Takashi Kumagai χρησιμοποίησαν μικροσκόπιο ατομικής δύναμης χωρίς επαφή για να μετατρέψουν το μόριο του πορφυκενίου από τη μια μορφή στην άλλη ( Χημεία της Φύσης, 2016, 8, 935–940, doi: 10.1038/nchem.2552). Το πορφυκένιο μπορεί να θεωρηθεί τροποποίηση της πορφυρίνης, ο εσωτερικός δακτύλιος της οποίας περιέχει τέσσερα άτομα αζώτου και δύο άτομα υδρογόνου. Οι δονήσεις του ανιχνευτή AFM μετέφεραν αρκετή ενέργεια στο μόριο του πορφυκενίου για να μεταφέρουν αυτά τα υδρογόνα από το ένα άτομο αζώτου στο άλλο, και το αποτέλεσμα ήταν μια «κατοπτρική εικόνα» αυτού του μορίου (Εικ. 8).
Η ομάδα με επικεφαλής τον ακούραστο Leo Gross έδειξε επίσης ότι ήταν δυνατό να ξεκινήσει η αντίδραση ενός μόνο μορίου - μετέτρεψαν το διβρωμομανθρακένιο σε ένα δεκαμελές κυκλικό διΐνο (Εικ. 9; Χημεία της Φύσης, 2015, 7, 623–628, doi: 10.1038/nchem.2300). Σε αντίθεση με τους Kumagai et al., χρησιμοποίησαν ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας για να ενεργοποιήσουν το μόριο και το αποτέλεσμα της αντίδρασης παρακολουθήθηκε χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο ατομικής δύναμης.
Η συνδυασμένη χρήση ενός μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας και ενός μικροσκοπίου ατομικής δύναμης κατέστησε δυνατή ακόμη και τη λήψη ενός μορίου που δεν μπορεί να συντεθεί χρησιμοποιώντας κλασικές τεχνικές και μεθόδους ( Νανοτεχνολογία Φύσης, 2017, 12, 308–311, doi: 10.1038/nnano.2016.305). Αυτό είναι το τριγωνένιο, μια ασταθής αρωματική ρίζα της οποίας η ύπαρξη είχε προβλεφθεί πριν από έξι δεκαετίες, αλλά όλες οι προσπάθειες σύνθεσης απέτυχαν (Εικ. 10). Χημικοί από την ομάδα του Niko Pavlicek έλαβαν την επιθυμητή ένωση αφαιρώντας δύο άτομα υδρογόνου από τον πρόδρομό της χρησιμοποιώντας STM και επιβεβαιώνοντας το συνθετικό αποτέλεσμα χρησιμοποιώντας AFM.
Υποτίθεται ότι ο αριθμός των εργασιών που αφιερώνονται στη χρήση μικροσκοπίου ατομικής δύναμης σε οργανική χημεία, θα μεγαλώσει ακόμα. Επί του παρόντος, όλο και περισσότεροι επιστήμονες προσπαθούν να αναπαράγουν στην επιφάνεια αντιδράσεις που είναι ευρέως γνωστές στη «χημεία των διαλυμάτων». Ίσως όμως οι συνθετικοί χημικοί να αρχίσουν να αναπαράγουν σε διάλυμα τις αντιδράσεις που πραγματοποιήθηκαν αρχικά στην επιφάνεια χρησιμοποιώντας AFM.
Από το μη ζωντανό στο ζωντανό
Οι πρόβολοι και οι ανιχνευτές των μικροσκοπίων ατομικής δύναμης μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο για αναλυτικές μελέτες ή τη σύνθεση εξωτικών μορίων, αλλά και για επίλυση εφαρμοσμένα προβλήματα. Υπάρχουν ήδη γνωστές περιπτώσεις χρήσης AFM στην ιατρική, για παράδειγμα, για την έγκαιρη διάγνωση του καρκίνου, και εδώ ο πρωτοπόρος είναι ο ίδιος ο Christopher Gerber, ο οποίος συνέβαλε στην ανάπτυξη της αρχής της μικροσκοπίας ατομικής δύναμης και στη δημιουργία του AFM.
Έτσι, ο Gerber μπόρεσε να διδάξει το AFM να ανιχνεύει σημειακές μεταλλάξεις στο ριβονουκλεϊκό οξύ στο μελάνωμα (σε υλικό που ελήφθη ως αποτέλεσμα βιοψίας). Για να γίνει αυτό, ο χρυσός πρόβολος ενός μικροσκοπίου ατομικής δύναμης τροποποιήθηκε με ολιγονουκλεοτίδια που μπορούν να εισέλθουν σε διαμοριακή αλληλεπίδραση με το RNA και η ισχύς αυτής της αλληλεπίδρασης μπορεί επίσης να μετρηθεί λόγω του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου. Η ευαισθησία του αισθητήρα AFM είναι τόσο υψηλή που προσπαθούν ήδη να τον χρησιμοποιήσουν για να μελετήσουν την αποτελεσματικότητα της δημοφιλούς μεθόδου επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR-Cas9. Οι τεχνολογίες που δημιουργούνται από διαφορετικές γενιές ερευνητών ενώνονται εδώ.
Για να παραφράσουμε ένα κλασικό μιας από τις πολιτικές θεωρίες, μπορούμε να πούμε ότι ήδη βλέπουμε τις απεριόριστες δυνατότητες και το ανεξάντλητο της μικροσκοπίας ατομικής δύναμης και δύσκολα μπορούμε να φανταστούμε τι θα ακολουθήσει σε σχέση με την περαιτέρω ανάπτυξη αυτών των τεχνολογιών. Αλλά σήμερα, τα μικροσκόπια σάρωσης σήραγγας και τα μικροσκόπια ατομικής δύναμης μας δίνουν την ευκαιρία να δούμε και να αγγίξουμε άτομα. Μπορούμε να πούμε ότι αυτό δεν είναι μόνο μια επέκταση των ματιών μας, που μας επιτρέπει να κοιτάξουμε τον μικρόκοσμο των ατόμων και των μορίων, αλλά και νέα μάτια, νέα δάχτυλα, ικανά να αγγίξουν και να ελέγξουν αυτόν τον μικρόκοσμο.
Έχετε δει ποτέ άτομα; Εσύ και εγώ αποτελούμαστε από αυτούς, οπότε στην πραγματικότητα, ναι. Αλλά έχετε δει ποτέ ένα μόνο άτομο; Πρόσφατα καταγράφηκε μια εκπληκτική φωτογραφία ενός μόνο ατόμου ηλεκτρικά πεδία, κέρδισε τον διάσημο διαγωνισμό επιστημονική φωτογραφία, που τίμησε υψηλότερο βραβείο. Η φωτογραφία συμμετείχε στον διαγωνισμό με τον αρκετά λογικό τίτλο «Single Atom in Ion Trap» και συγγραφέας της είναι ο David Nadlinger από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.
Το Συμβούλιο Έρευνας Μηχανικών και Φυσικών Επιστημών του Ηνωμένου Βασιλείου (EPSRC) ανακοίνωσε τους νικητές του εθνικού του διαγωνισμού επιστημονικής φωτογραφίας, με ένα μόνο άτομο να παίρνει το κορυφαίο βραβείο.
Στη φωτογραφία, το άτομο αντιπροσωπεύεται ως μια μικροσκοπική κηλίδα φωτός ανάμεσα σε δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια που βρίσκονται σε απόσταση περίπου 2 mm μεταξύ τους.
Λεζάντα φωτογραφίας:
"Στο κέντρο της φωτογραφίας, είναι ορατό ένα μικρό φωτεινό σημείο - ένα θετικά φορτισμένο άτομο στροντίου. Διατηρείται σχεδόν ακίνητο από τα ηλεκτρικά πεδία που προέρχονται από τα μεταλλικά ηλεκτρόδια που το περιβάλλουν. Όταν φωτίζεται από ένα μπλε-ιώδες λέιζερ, το άτομο γρήγορα απορροφά και εκπέμπει εκ νέου σωματίδια φωτός, φτιάχνοντας μια συμβατική κάμερα που θα μπορούσα να τη φωτογραφίσω με μεγάλη έκθεση».
"Η φωτογραφία τραβήχτηκε μέσα από το παράθυρο του θαλάμου κενού εξαιρετικά υψηλού στον οποίο βρίσκεται η παγίδα. Τα ατομικά ιόντα που ψύχονται με λέιζερ παρέχουν μια εξαιρετική βάση για μελέτη και χρήση μοναδικές ιδιότητες κβαντική φυσική. Χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία εξαιρετικά ακριβών ρολογιών ή, σε αυτήν την περίπτωση, ως σωματίδια για την κατασκευή μελλοντικών κβαντικών υπολογιστών που θα είναι σε θέση να λύσουν προβλήματα που νάνουν ακόμη και τους πιο ισχυρούς υπερυπολογιστές του σήμερα».
Εάν εξακολουθείτε να μην μπορείτε να δείτε το άτομο, εδώ είναι
«Η ιδέα να μπορώ να δω ένα μόνο άτομο με γυμνό μάτι μου έπληξε το μυαλό, παρέχοντας μια γέφυρα μεταξύ του μικροσκοπικού κβαντικού κόσμου και της μακροσκοπικής μας πραγματικότητας», είπε ο David Nadlinger.
Ένα άτομο (από το ελληνικό «αδιαίρετο») είναι κάποτε το μικρότερο σωματίδιο μιας ουσίας μικροσκοπικού μεγέθους, το μικρότερο μέρος ενός χημικού στοιχείου που φέρει τις ιδιότητές του. Τα συστατικά ενός ατόμου - πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια - δεν έχουν πλέον αυτές τις ιδιότητες και τα σχηματίζουν μαζί. Τα ομοιοπολικά άτομα σχηματίζουν μόρια. Οι επιστήμονες μελετούν τα χαρακτηριστικά του ατόμου και παρόλο που έχουν ήδη μελετηθεί αρκετά καλά, δεν χάνουν την ευκαιρία να βρουν κάτι νέο - ιδίως στον τομέα της δημιουργίας νέων υλικών και νέων ατόμων (συνεχίζοντας τον περιοδικό πίνακα). Το 99,9% της μάζας ενός ατόμου βρίσκεται στον πυρήνα.
Μην σε αγχώνει ο τίτλος. Η μαύρη τρύπα, που δημιουργήθηκε κατά λάθος από υπαλλήλους του Εθνικού Εργαστηρίου Επιταχυντή SLAC, αποδείχθηκε ότι είχε μέγεθος μόνο ενός ατόμου, επομένως τίποτα δεν μας απειλεί. Και το όνομα" μαύρη τρύπα«περιγράφει μόνο αόριστα το φαινόμενο που παρατηρούν οι ερευνητές. Σας έχουμε πει επανειλημμένα για το πιο ισχυρό λέιζερ ακτίνων Χ στον κόσμο, που ονομάζεται
1. Αλλά θα ξεκινήσουμε από μια εντελώς διαφορετική κατεύθυνση. Πριν ξεκινήσουμε ένα ταξίδι στα βάθη της ύλης, ας στρέψουμε το βλέμμα μας προς τα πάνω.
Για παράδειγμα, είναι γνωστό ότι η απόσταση από τη Σελήνη είναι κατά μέσο όρο σχεδόν 400 χιλιάδες χιλιόμετρα, στον Ήλιο - 150 εκατομμύρια, στον Πλούτωνα (που δεν είναι πλέον ορατός χωρίς τηλεσκόπιο) - 6 δισεκατομμύρια, στο πλησιέστερο αστέρι Proxima Centauri - 40 τρισεκατομμύρια, στον πλησιέστερο μεγάλο γαλαξία του νεφελώματος της Ανδρομέδας - 25 κουντό εκατοστά, και τελικά στα περίχωρα του παρατηρήσιμου Σύμπαντος - 130 εξάξιο.
Εντυπωσιακή, φυσικά, αλλά η διαφορά μεταξύ όλων αυτών των «τετράγωνων», «πεμπτουσιωτών» και «σέξτι-» δεν φαίνεται τόσο τεράστια, αν και διαφέρουν μεταξύ τους χίλιες φορές. Ο μικρόκοσμος είναι ένα εντελώς διαφορετικό θέμα. Πώς μπορεί να κρύβονται τόσα πολλά ενδιαφέροντα πράγματα σε αυτό, γιατί απλά δεν υπάρχει χώρος για να χωρέσει εκεί; Μας λέει λοιπόν ΚΟΙΝΗ ΛΟΓΙΚΗΚαι λανθασμένος.
2. Αν βάλετε τη μικρότερη γνωστή απόσταση στο Σύμπαν στο ένα άκρο της λογαριθμικής κλίμακας και τη μεγαλύτερη στο άλλο, τότε στη μέση θα υπάρχει... ένας κόκκος άμμου. Η διάμετρός του είναι 0,1 mm.
3. Εάν βάλετε 400 δισεκατομμύρια κόκκους άμμου στη σειρά, η σειρά τους θα περιβάλλει ολόκληρη την υδρόγειο κατά μήκος του ισημερινού. Και αν μαζέψεις τα ίδια 400 δισεκατομμύρια σε μια τσάντα, θα ζυγίζει περίπου έναν τόνο.
4. Το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας είναι 50-70 μικρά, δηλαδή υπάρχουν 15-20 ανά χιλιοστό. Για να προσδιορίσετε την απόσταση από τη Σελήνη μαζί τους, θα χρειαστείτε 8 τρισεκατομμύρια τρίχες (αν τις προσθέσετε όχι κατά μήκος, αλλά κατά το πλάτος, φυσικά). Δεδομένου ότι υπάρχουν περίπου 100 χιλιάδες από αυτά στο κεφάλι ενός ατόμου, εάν συλλέξετε τρίχες από ολόκληρο τον πληθυσμό της Ρωσίας, θα είναι περισσότερα από αρκετά για να φτάσουν στο φεγγάρι και θα περισσέψουν ακόμη και μερικά.
5. Το μέγεθος των βακτηρίων είναι από 0,5 έως 5 μικρά. Αν αυξήσετε το μέσο βακτήριο σε τέτοιο μέγεθος που να χωράει άνετα στην παλάμη μας (100 χιλιάδες φορές), το πάχος μιας τρίχας θα γίνει ίσο με 5 μέτρα.
6. Παρεμπιπτόντως, ένα ολόκληρο τετρασεκατομμύριο βακτήρια ζουν μέσα στο ανθρώπινο σώμα και το συνολικό τους βάρος είναι 2 κιλά. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν ακόμη περισσότερα από τα κύτταρα του ίδιου του σώματος. Έτσι, είναι πολύ πιθανό να πούμε ότι ένα άτομο είναι απλώς ένας οργανισμός που αποτελείται από βακτήρια και ιούς με μικρά εγκλείσματα από κάτι άλλο.
7. Τα μεγέθη των ιών ποικίλλουν ακόμη περισσότερο από τα βακτήρια - σχεδόν 100 χιλιάδες φορές. Αν αυτό συνέβαινε με τους ανθρώπους, τότε θα είχαν ύψος μεταξύ 1 εκατοστού και 1 χιλιομέτρου και κοινωνική αλληλεπίδρασηθα ήταν ένα ενδιαφέρον θέαμα.
8. Το μέσο μήκος των πιο κοινών τύπων ιών είναι 100 νανόμετρα ή 10^(-7) μοίρες του μέτρου. Αν πάλι κάνουμε την πράξη προσέγγισης με τέτοιο τρόπο ώστε ο ιός να γίνει το μέγεθος μιας παλάμης, τότε το μήκος του βακτηρίου θα είναι 1 μέτρο και το πάχος μιας τρίχας 50 μέτρα.
9. Το μήκος κύματος του ορατού φωτός είναι 400–750 νανόμετρα και είναι απλά αδύνατο να δούμε αντικείμενα μικρότερα από αυτήν την τιμή. Έχοντας προσπαθήσει να φωτίσει ένα τέτοιο αντικείμενο, το κύμα απλώς θα το γυρίσει και δεν θα ανακλαστεί.
10. Μερικές φορές οι άνθρωποι ρωτούν πώς μοιάζει ένα άτομο ή τι χρώμα είναι. Στην πραγματικότητα, το άτομο δεν μοιάζει με τίποτα. Απλά καθόλου. Και όχι επειδή τα μικροσκόπια μας δεν είναι αρκετά καλά, αλλά επειδή οι διαστάσεις ενός ατόμου είναι μικρότερες από την απόσταση για την οποία υπάρχει η ίδια η έννοια της «ορατότητας»...
11. 400 τρισεκατομμύρια ιοί μπορούν να συσκευαστούν σφιχτά σε όλη την περιφέρεια του πλανήτη. Πολλά απο. Το φως διανύει αυτή την απόσταση σε χιλιόμετρα σε 40 χρόνια. Αλλά αν τα βάλετε όλα μαζί, μπορούν εύκολα να χωρέσουν στην άκρη του δακτύλου σας.
12. Το κατά προσέγγιση μέγεθος ενός μορίου νερού είναι 3 επί 10^(-10) μέτρα. Υπάρχουν 10 δισεκατομμύρια τέτοια μόρια σε ένα ποτήρι νερό - περίπου ο ίδιος αριθμός χιλιοστών από εμάς στον Γαλαξία της Ανδρομέδας. Και σε ένα κυβικό εκατοστό αέρα υπάρχουν 30 εκατομμύρια μόρια (κυρίως άζωτο και οξυγόνο).
13. Η διάμετρος ενός ατόμου άνθρακα (η βάση όλης της ζωής στη Γη) είναι 3,5 επί 10^(-10) μέτρα, δηλαδή ακόμη και ελαφρώς μεγαλύτερη από ένα μόριο νερού. Το άτομο υδρογόνου είναι 10 φορές μικρότερο - 3 επί 10^(-11) μέτρα. Αυτό φυσικά δεν αρκεί. Μα πόσο λίγο; Το εκπληκτικό γεγονός είναι ότι ο μικρότερος, ελάχιστα ορατός κόκκος αλατιού αποτελείται από 1 εκατομμύριο άτομα.
Ας στραφούμε στην τυπική μας κλίμακα και ας κάνουμε μεγέθυνση στο άτομο υδρογόνου ώστε να χωράει άνετα στο χέρι μας. Τότε οι ιοί θα έχουν μέγεθος 300 μέτρα, τα βακτήρια θα έχουν μέγεθος 3 χιλιόμετρα και το πάχος μιας τρίχας θα είναι 150 χιλιόμετρα και ακόμη και σε κατάσταση ψέματος θα ξεπερνά τα όρια της ατμόσφαιρας (και σε μήκος μπορεί να φτάσει το φεγγάρι).
14. Η λεγόμενη «κλασική» διάμετρος ηλεκτρονίων είναι 5,5 femtometers ή 5,5 ανά 10^(-15) μέτρα. Τα μεγέθη ενός πρωτονίου και ενός νετρονίου είναι ακόμη μικρότερα και είναι περίπου 1,5 femtometer. Υπάρχει περίπου ο ίδιος αριθμός πρωτονίων ανά μέτρο με τα μυρμήγκια στον πλανήτη Γη. Χρησιμοποιούμε τη μεγέθυνση που ήδη γνωρίζουμε. Το πρωτόνιο βρίσκεται άνετα στην παλάμη μας και τότε το μέγεθος ενός μέσου ιού θα είναι ίσο με 7.000 χιλιόμετρα (σχεδόν το μέγεθος ολόκληρης της Ρωσίας από τη δύση προς την ανατολή, παρεμπιπτόντως) και το πάχος μιας τρίχας θα είναι 2 φορές το μέγεθος του Ήλιου.
15. Είναι δύσκολο να πούμε κάτι συγκεκριμένο για τα μεγέθη. Υπολογίζεται ότι είναι κάπου μεταξύ 10^(-19) - 10^(-18) μέτρων. Το μικρότερο - ένα πραγματικό κουάρκ - έχει "διάμετρο" (ας γράψουμε αυτή τη λέξη σε εισαγωγικά για να σας θυμίσουμε τα παραπάνω) 10^(-22) μέτρα.
16. Υπάρχει επίσης κάτι όπως τα νετρίνα. Κοιτάξτε την παλάμη σας. Ένα τρισεκατομμύριο νετρίνα που εκπέμπονται από τον Ήλιο πετούν μέσα από αυτό κάθε δευτερόλεπτο. Και δεν χρειάζεται να κρύψετε το χέρι σας πίσω από την πλάτη σας. Τα νετρίνα μπορούν εύκολα να περάσουν από το σώμα σας, μέσα από έναν τοίχο, από ολόκληρο τον πλανήτη μας, ακόμη και μέσα από ένα στρώμα μολύβδου πάχους 1 έτους φωτός. Η "διάμετρος" ενός νετρίνου είναι 10^(-24) μέτρα - αυτό το σωματίδιο είναι 100 φορές μικρότερο από ένα πραγματικό κουάρκ, ή ένα δισεκατομμύριο φορές μικρότερο από ένα πρωτόνιο ή 10 δισεκατομμύρια φορές μικρότερο από έναν τυραννόσαυρο. Ο ίδιος ο Τυραννόσαυρος είναι σχεδόν τόσες φορές μικρότερος από ολόκληρο το παρατηρήσιμο Σύμπαν. Εάν μεγεθύνετε ένα νετρίνο έτσι ώστε να έχει το μέγεθος ενός πορτοκαλιού, τότε ακόμη και ένα πρωτόνιο θα είναι 10 φορές μεγαλύτερο από τη Γη.
17. Προς το παρόν, ελπίζω ειλικρινά ότι ένα από τα παρακάτω δύο πράγματα θα σας εντυπωσιάσει. Το πρώτο είναι ότι μπορούμε να πάμε ακόμα παραπέρα (και μάλιστα να κάνουμε κάποιες έξυπνες εικασίες για το τι θα είναι εκεί). Το δεύτερο - αλλά ταυτόχρονα είναι ακόμα αδύνατο να προχωρήσουμε βαθύτερα στην ύλη ατελείωτα, και σύντομα θα βρεθούμε σε αδιέξοδο. Αλλά για να επιτύχουμε αυτά τα πολύ «αδιέξοδα» μεγέθη, θα πρέπει να μειώσουμε άλλες 11 τάξεις μεγέθους, αν μετρήσουμε από τα νετρίνα. Δηλαδή, αυτά τα μεγέθη είναι 100 δισεκατομμύρια φορές μικρότερα από τα νετρίνα. Παρεμπιπτόντως, ένας κόκκος άμμου είναι τον ίδιο αριθμό φορές μικρότερος από ολόκληρο τον πλανήτη μας.
18. Έτσι, σε διαστάσεις 10^(-35) μέτρων βρισκόμαστε αντιμέτωποι με μια υπέροχη ιδέα όπως το μήκος Planck - η ελάχιστη δυνατή απόσταση σε πραγματικό κόσμο(όσο είναι γενικά αποδεκτό στη σύγχρονη επιστήμη).
19. Εδώ ζουν επίσης κβαντικές χορδές - αντικείμενα που είναι πολύ αξιόλογα από οποιαδήποτε άποψη (για παράδειγμα, είναι μονοδιάστατα - δεν έχουν πάχος), αλλά για το θέμα μας είναι σημαντικό το μήκος τους να είναι επίσης εντός 10^(-35 ) μέτρα. Ας κάνουμε το τυπικό μας πείραμα «μεγέθυνσης» για τελευταία φορά. Η κβαντική χορδή γίνεται βολικό μέγεθος, και την κρατάμε στο χέρι μας σαν μολύβι. Σε αυτή την περίπτωση, το νετρίνο θα είναι 7 φορές μεγαλύτερο από τον Ήλιο και το άτομο του υδρογόνου θα είναι 300 φορές μεγαλύτερο από το μέγεθος του Γαλαξία.
20. Τελικά φτάνουμε στην ίδια τη δομή του σύμπαντος - την κλίμακα στην οποία ο χώρος γίνεται σαν τον χρόνο, ο χρόνος σαν το διάστημα και διάφορα άλλα περίεργα πράγματα συμβαίνουν. Δεν υπάρχει τίποτα άλλο (μάλλον)...
Δεν υπάρχει «κρίκος που λείπει» στην ανθρώπινη εξέλιξη
Ο όρος «κρίκος που λείπει» έχει πέσει εκτός χρήσης στους επιστημονικούς κύκλους επειδή συνδέεται με την εσφαλμένη υπόθεση ότι η εξελικτική διαδικασία είναι γραμμική και προχωρά διαδοχικά, «σε μια αλυσίδα». Αντίθετα, οι βιολόγοι χρησιμοποιούν τον όρο «τελευταίος κοινός πρόγονος».
Ενδιαφέροντα γεγονότα για το ηλιακό σύστημα
