Jesteśmy w środku?

Nowy Rok sprzyja refleksji. No to mam taką.
Gdy wyjdziemy nieco poza koniec własnego nosa, to od razu problem kosmiczny. Kosmiczny i w sensie wielki, nieskończony i w sensie obiegowym. Ale mamy też i problem mały, raczej nieskończenie mały, taki naprawdę malusieńki, nuklearny!
Co my właściwie wiemy? Po prostu Nic. Zacznijmy od tego małego.
Gdy chodziłem do szkoły, a nawet wtedy gdy byłem studentem, Świat był prosty. Zbudowany był co prawda z różnych atomów, ale one wszystkie składały się z małych kuleczek 3 rodzajów. W środku atomu było jądro, po łacinie nucleus, złożone z kuleczek (nukleonów) elektrycznie dodatnich, protonów, (min. 1) i neutronów, (min. 0). Wokół krążyły elektrony, leciutkie kuleczki elektrycznie ujemne (min. 1). Taki model atomu zaproponował jeszcze w 1913 roku Niels Bohr. Przed II Wojną Światową, w 1938 roku, niemieccy chemicy Otto Hahn i Fritz Straßmann odkryli rozpad atomu uranu, a zjawisko pomogła im wyjaśnić rok później austriacka fizyczka jądrowa Lise Meitner, która ze swoim siostrzeńcem Otto Robertem Frischem opublikowała w Nature artykuł „Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction” wyjaśniając w nim podstawy teoretyczne zjawiska rozszczepienia jądra atomowego. Wiele nie wiedzieliśmy..

Atom

Model Bohra. Pierwsza zaobserwowana reakcja rozpadu atomu. Dzisiejszy obraz atomu uzyskany skaningowym mikroskopem tunelowym (STM), który ma rozdzielczość pojedynczego atomu (fot. internet)

Dziś wiemy już, że atomy nie są ani jednorodne, ani niepodzielne. Okazuje się, że mają one złożoną wewnętrzną budowę. W środku każdego atomu, w samym jego centrum, znajduje się jądro atomowe. Pierwszym zaskoczeniem jest skala. Średnica atomu jest około 100 000 razy większa od średnicy jądra. Gdyby jądro powiększyć do rozmiarów małej monety o średnicy kilku milimetrów, wówczas cały atom byłby kulą o przekroju wielkości stadionu sportowego. Czyli mikroświat jest w zasadzie pusty!
Dla ciekawych dodam, że stan wiedzy o mikroświecie pozwala nam jedynie powiedzieć, że elementarnymi składnikami materii są dwa rodzaje cząstek: leptony i kwarki. Nie wiemy, czy cząstki te mają strukturę wewnętrzną. Elektron należy do leptonów, jest niepodzielny, czyli nie ma wewnętrznej struktury. Natomiast neutrony i protony są zbudowane z kwarków. (może to jakieś krasnoludki?). Znaleziono dowody na istnienie sześciu rodzajów kwarków. Każdemu z kwarków fizycy nadali angielskie nazwy, nawiązujące bardziej do życia codziennego niż do świata nauki. Oto wyróżnili nam kwarki: górny (u), dolny (d), dziwny (s), powabny (c), niski lub inaczej spodni (b) i wysoki (t). Kwarki nie istnieją samodzielnie w przyrodzie (!), a tylko w grupie, tworząc inne cząstki. Dwa z nich (górny i dolny) biorą udział w tworzeniu nukleonów. Tyle wiemy i nie wiemy co będziemy wiedzieli „za chwilę”
No to teraz jedźmy w drugą stronę. Tak jak materia złożona przecież z atomów jest przeraźliwie pusta (te 100 000 średnic jądra miedzy tym jądrem atomu, a jego powłoka elektronową to jakiś koszmar). A kosmos jest jeszcze bardziej pusty. Z Ziemi (planety o średnicy 13 tys. km) „bliziutko” jest tylko Księżyca (prawie 400 tys. km). Do Słońca mamy 150 mln kilometrów.  Do pierwszej gwiazdy (to karzeł, czyli krasnoludek) Proxima Centauri – 40 bilionów km, do brzegu wszechświata…  nie wiemy. Ale podobno widzimy tylko 5 procent kosmosu. Pozamiatane.