If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Если вы используете веб-фильтр, пожалуйста, убедитесь, что домены *.kastatic.org и *.kasandbox.org разблокированы.

Основное содержание
Текущее время:0:00Общая продолжительность:13:14

Транскрипция к видео

В этом видео я хотел бы исследовать объекты в микроскопическом масштабе. Прежде чем мы начнем, следует вспомнить единицы измерения. Вот всем знакомый метр. Средний рост взрослого мужчины чуть меньше двух метров. Метр состоит из тысячи единиц, называемых миллиметрами, с которыми вы, думаю, тоже знакомы. Миллиметр самое мелкое деление на метровой линейке. Его уже непросто разглядеть. Если разделить миллиметр на 1000 частей, то получится микрометр. Микрометр. Другими словами, один микрометр составляет одну миллионную часть метра. Это за передами наших возможностей восприятия. Если разделить микрометр на тысячу частей, то получится уже нанометр. То есть одна миллиардная метра. Разделив её на 1000, мы получим пикометр. Пикометр — это одна триллионная метра. А что будет, если разделить её на 1000? Тогда мы получим единицу под названием фемтометр. Эти размерности невообразимо малы, и теперь, ознакомившись с единицами, можно посмотреть, что за объекты имеют размеры подобного масштаба. Начнем отсюда. Я записал их слева, но с рисунками выглядит нагляднее. Давайте начнем с пчелы. Я выбрал объект данного размера произвольно. Существует множество, почти бесконечное множество объектов, которые можно было бы выбрать в этом масштабе. Пчела имеет длину в среднем около пары сантиметров. Вот такой размер у пчелы. То есть примерно одна сотая от роста среднего человека. Но пчела не слишком интересный объект, хотя в таком увеличении она выглядит захватывающе. Пчела понятный, знакомый объект, пчел все видели. А теперь я буду приближаться, наращивая увеличение. И наш следующий объект в 50 раз меньше пчелы. То есть в сравнении будет выглядеть относительно пчелы примерно так. Это грубое сравнение. Мы рассмотрим пылевого клеща. На обоих фотографиях пылевые клещи. Они не только выглядят неописуемыми инопланетными тварями, но, что ещё интереснее, встречаются повсюду. Они постоянно возле нас. У вас скорее всего прямо сейчас сидит на коже немало пылевых клещей, хотя это и неприятно слышать. Но мы говорим о масштабе, а средний пылевой клещ… Прежде мы говорили о сантиметрах, а теперь, обратите внимание — средний пылевой клещ менее 1/2 миллиметра. Или же, в микрометрах около 400 микрометров в длину. Так что, вот этот отрезок длиной около 400 микрометров, то есть примерно 1/50 длины этого огромного животного известного как пчела. Клещ имеет длину около 1/50 от длины пчелы Еще одно сравнение, которое может быть более приятным. Вот увеличение изображения человеческого волоса. Не спешите восклицать: «Какие ужасные волосы», потому что если под микроскопом ваши волосы будут выглядеть также, то вам повезло! Это волос на самом деле мягкий и шелковистый, я видел фото действительно поврежденных волос. Итак, диаметр человеческого волоса, в среднем (у разных людей он различается) составляет около 100… Давайте напишу другим цветом. Около… Около 100 микрометров. Диаметр. Примерно четверть длины пылевого клеща. Если нарисовать волос в масштабе пчелы, он будет выглядеть так. Я нарисую целый волос и его ширина будет примерно такой. Опять-таки, я напомню, что это огромное создание, просто маленькая пчела. Увеличим ещё сильнее. Итак, мы начали с пчелы. Приблизились в 50 раз, чтобы рассмотреть пылевого клеща. И еще в 4 раза, чтобы рассмотреть ширину человеческого волоса. Если продолжим, окажемся в микрометровом диапазоне. Если поднять увеличение ещё, например, в 10 раз, то будем на шкале размеров клеток. Вот эритроцит, красная кровяная клетка. А вот лейкоцит. Размером 6—8 микрометров. Если нарисовать клетку по сравнению с человеческим волосом, скорее всего она будет выглядеть примерно так. Объектом такого размера, который мы можем себе представить, будет паутина толщиной 3—8 микрометров. И в том же масштабе нить паутины будет выглядеть примерно так. Вот реальное фото паутины. Это нечто, что можно увидеть, пощупать, рассмотреть, если свет падает удачно и она слегка влажная. Но это практически предел возможностей человеческого зрения. И это в диапазоне единиц микрометров. Подобных размеров могут достигать наиболее крупные бактерии. Бактерии, приблизительно говоря, имеют обычно размер от 1 до 10 микрометров. То есть они меньше клеток. Скажем точнее, большинство бактерий меньше большинства клеток. Чтобы свериться с тем размером, от которого мы с вами начинали… Вот он, вернёмся к нему. Мы начинали с размера человека. Разделив на 100, получили размер пчелы. То есть каждая их этих черточек обозначает деление на 10. Снова делим на 10, получаем увеличение в 100 раз. Делим на 10 еще. У нас миллиметровые размеры. Это было деление на 1000. Ещё деление на 10 дает доли миллиметра, то есть примерно толщину волоса. Затем делим на 10, получаем десятки микрометров. Еще одно деление, и это масштаб микрометров. Мы рассматриваем здесь уже не волос, волосы были выше. Мы рассматриваем размер клеток и размер бактерий. Размеры уже куда более мелкие. Теперь наш масштаб объектов уводит нас в глубину мира, который мы не можем видеть. Это были микрометры, на уровне сотен нанометров. То есть нанометр, как мы помним, тысячная микрометра, а 100 нанометров — десятая доля микрометра. Десятая доля микрометра. Вот это огромное нечто, похожее на планету или астероид, — белая кровяная клетка. Давайте подпишем: белая кровяная клетка. Вот эта огромная синяя масса. Если уменьшить, она будет выглядеть вот так. Но по ряду причин для нас важнее вот эти небольшие зеленые объекты, которые выступают — они там размножаются — из поверхности белой кровяной клетки. Это вирусы СПИДа. Давайте отметим: вирусы СПИДа. Приближение ещё на порядок от сотой до тысячной размера клетки, дает нам масштаб размеров вирусов. И весь генетический материал, необходимый вирусу для размножения, упакован в эти капсиды, в эти маленькие зеленые контейнеры. Возвращаемся к шкале размеров и смотрим. Мы на сотнях нанометров, в размерах вирусов. Если разделить на 10 и потом ещё на 10, то на шкале единиц нанометров будет лежать ширина двойной спирали молекулы ДНК. Вот ее изображение, то есть, ее рисунок, разумеется. Строго говоря, это не совсем изображение молекулы ДНК. Ширина этой двойной спирали составляет около 2 нанометров. Или, иначе говоря, около 1/60 диаметра этих вирусных капсид. Иначе и быть не может, поскольку скрученная молекула должна поместиться в них. И это ширина молекулы ДНК. В длину она во много-много раз больше. Об этом мы поговорим в следующих видео. Снова напоминаю, у нас чрезвычайно мелкий масштаб, если выразить его в метрах, это две миллиардные доли метра. В одном метре поместится 500 миллионов этих молекул по ширине. Это две миллионные миллиметра. Две миллионные миллиметра. Микроскопический размер молекул ДНК позволяет, уложив их вплотную, поместить полмиллиона в одном миллиметре. Это очень маленький размер. Сейчас я познакомлю вас с ещё одной единицей измерения, название которой не содержит корня «метр». Это ангстрем. 10 ангстрем равны одному нанометру. То есть ширина этой двойной спирали ДНК 2 нанометра или 20 ангстрем. Если разделить это на 10, получится 2 ангстрема или же 0,2 нанометра, а это размер молекулы воды. Подпишем: молекула воды. Может вместо красного было лучше взять синий? Вот атом кислорода, связанный с двумя атомами водорода. Атом кислорода, связанный с двумя атомами водорода. Мы уже глубоко за пределом человеческого восприятия, за пределом того, что не только невозможно увидеть, но и представить. Трудно описать насколько малы объекты в этом масштабе. Поскольку это размер, менее 1/5 миллиардной метра, или же 1/5 миллионной миллиметра. Я не могу себе этого представить. Это просто слишком микроскопично. Но мы на этом не останавливаемся. Если увеличить атом водорода, то здесь мы окончательно погружаемся в квантовые абстракции, где невозможно абсолютно четко определить границы объектов. Где уже возникают вопросы вроде: «А что в общем-то реально, а что не реально?» и так далее. Но если мы попробуем увеличить атом и представить, что у него имеется граница, поскольку в реальности электроны могут быть где угодно, то условная граница атома водорода, область, где электрон находится с наибольшей вероятностью, будет примерно 1 ангстрем в диаметре. Что вписывается в эту диаграмму, примерно 1/2 от диаметра молекулы воды. И самое неописуемое то, что этот неуловимо крошечный атом, диаметром в одну десятимиллиардную метра или десятимиллионную миллиметра, который не имеет осязаемых границ, состоит в основном из пустоты. В попытке дойти до фундаментальных единиц мы спустились до уровня атомов и оказывается, что это по большей части пустота. Если посмотреть на электрон, а для его радиуса крайне сложно определить «начало» и «конец», он определяется по эффектам заряда, и даже не говоря о квантовых эффектах, можно определить, что радиус электрона составляет 3 * 10^(−5) ангстрем. А ядро атома водорода, состоящее из единственного протона, имеет радиус… Не будем даже определять точное значение. Смысл в том, что оно того же порядка по размеру. Примерно одна десятитысячная ангстрема. Для наглядного представления, если это весь радиус атома в один ангстрем, для того, чтобы представить сколько в атоме пустого пространства, если мы рассматриваем его как пустое, то вам нужно представить, что ядро — это шарик. Шарик в центре крытого футбольного стадиона. Маленький шарик. А электрон — это пчела, случайным образом порхающая по частям всего объёма этого футбольного стадиона. И поскольку это очевидно квантовая пчела, она может мгновенно перемещаться с места на место, и непросто будет предсказать где она появится в следующий момент, а также другие её параметры. Но это дает некоторое представление о масштабе электронов и протонов относительно атома в целом. Парадоксально, насколько много пустоты в атомах и соответственно, во всей материи. Subtitles by the Amara.org community