Πιθανόν να γνωρίζετε ήδη ότι όλα αποτελούνται από μικροσκοπικά πραγματάκια που λέγονται άτομα ή ότι τα άτομα αποτελούνται από ακόμα μικρότερα μόρια που λέγονται πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Επίσης, ήδη γνωρίζετε πως τα άτομα είναι μικρά. Μάλλον όμως δεν έχετε σκεφτεί πόσο μικρά είναι τα άτομα. Η απάντηση είναι πως είναι πάρα πολύ μικρά. Αναρωτιέστε πόσο μικρά είναι τα άτομα; Για να το καταλάβετε, ας αναρωτηθούμε το εξής; Από πόσο άτομα αποτελείται ένα γκρέιπφρουτ; Ας υποθέσουμε πως το γκρέιπφρουτ αποτελείται μόνο από άτομα αζώτου, κάτι που δεν ισχύει, αν και όντως έχει μερικά άτομα αζώτου. Για να το φανταστείτε, ας φουσκώσουμε το κάθε άτομο στο μέγεθος ενός βατόμουρου. Πόσο μεγάλο θα ήταν τότε ένα γκρέιπφρουτ; Θα έπρεπε να είναι σχεδόν όση είναι και η Γη. Αυτό είναι παράλογο! Θέλετε να πείτε πως αν γέμιζα τη Γη με βατόμουρα, θα είχα τον ίδιο αριθμό ατόμων αζώτου που έχει ένα γκρέιπφρουτ; Ακριβώς! Άρα τι μέγεθος έχει ένα άτομο; Είναι πολύ-πολύ μικρό! Και ξέρετε κάτι ακόμα; Γίνεται ακόμα πιο παράλογο. Ας δούμε τώρα μέσα στο κάθε άτομο -δηλαδή μέσα στο βατόμουρο, σωστά;- Τι βλέπετε εκεί μέσα; Στο κέντρο του ατόμου υπάρχει κάτι που το λέμε πυρήνα που αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια, και απ' έξω βλέπετε τα ηλεκτρόνια. Πόσο μεγάλος είναι ο πυρήνας; Αν τα άτομα ήταν όπως είναι τα βατόμουρα και η Γη, πόσο μεγάλος θα ήταν ο πυρήνας τους; Θα θυμάστε καμιά παλιά φωτογραφία του ατόμου από τη Φυσική στο σχολείο, όπου είδατε μια μικροσκοπική κουκκίδα στη σελίδα με το βελάκι να λέει πυρήνας. Αυτές οι φωτογραφίες όμως δεν ήταν σε σωστή κλίμακα, οπότε είναι λάθος. Άρα πόσο μεγάλος είναι ο πυρήνας; Αν ανοίξετε ένα βατόμουρο και ψάξετε για τον πυρήνα... Ξέρετε κάτι; Θα ήταν αόρατος. Είναι πολύ μικρός για να τον δείτε! Εντάξει. Ας φουσκώσουμε το άτομο - το βατόμουρο - στο μέγεθος ενός σπιτιού. Φανταστείτε μια μπάλα με το ίδιο ύψος με ένα διώροφο σπίτι. Τώρα θα ψάξουμε για τον πυρήνα στο κέντρο του ατόμου. Ξέρετε τι θα γινόταν; Μόλις που θα τον διακρίναμε. Για να καταλάβουμε τι μέγεθος έχει ο πυρήνας, πρέπει να φουσκώσουμε το βατόμουρο, στο μέγεθος ενός ποδοσφαιρικού γηπέδου. Φανταστείτε μια μπάλα στο μέγεθος ενός ποδοσφαιρικού γηπέδου, και ακριβώς στο κέντρο του ατόμου, θα βρίσκατε τον πυρήνα και θα τον βλέπατε! Θα ήταν στο μέγεθος μιας μικρής μπίλιας. Έχει και συνέχεια, αν δεν έχετε συγκλονιστεί ακόμη. Θα ασχοληθούμε ακόμα λίγο με το άτομο. Περιέχει πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια ζουν μέσα στον πυρήνα, και περιέχουν σχεδόν όλη τη μάζα του ατόμου. Στα άκρα βρίσκονται τα ηλεκτρόνια. Έτσι αν το άτομο είναι μια μπάλα με μέγεθος ποδοσφαιρικού γηπέδου, με τον πυρήνα στο κέντρο, και τα ηλεκτρόνια στην κορυφή, τι υπάρχει ανάμεσα στον πυρήνα και τα ηλεκτρόνια; Παραδόξως, η απάντηση είναι: κενός χώρος. (Θόρυβος από άνεμο) Έτσι ακριβώς. Κενό! Ανάμεσα στον πυρήνα και τα ηλεκτρόνια, υπάρχουν αχανείς περιοχές κενού χώρου. Τεχνικά όμως υπάρχουν κάποια ηλεκτρομαγνητικά πεδία, αλλά όσον αφορά την υπόσταση, την ύλη, είναι κενές. Θυμάστε αυτή την αχανή περιοχή κενού χώρου μέσα στο βατόμουρο, δηλαδή το εσωτερικό της γης, που στην πραγματικότητα είναι τα άτομα του γκρέιπφρουτ. Άλλο ένα πράγμα, που θα με κάνει να φανώ ακόμα πιο περίεργος. Εφόσον εικονικά όλη η μάζα ενός ατόμου είναι στον πυρήνα - υπάρχει βεβαίως και κάποια ποσότητα μάζας στα ηλεκτρόνια, αλλά το περισσότερο βρίσκεται στον πυρήνα - πόση πυκνότητα έχει ο πυρήνας; Η απάντηση είναι εξωφρενική. Η πυκνότητα ενός κοινού πυρήνα είναι 4 επι 10 στη δεκάτη εβδόμη κιλά ανά κυβικό μέτρο. Αλλά αυτό είναι δύσκολο να το φανταστούμε. Θα το πω με το αγγλικό σύστημα. 2,5 επί δέκα στη 16η λίβρες ανά κυβικό πόδι. Εξακολουθεί να είναι δύσκολο να το καταλάβει κανείς. Να τι θα ήθελα να κάνετε. Φτιάξτε ένα κουτί που είναι ένα πόδι επί ένα πόδι επί ένα πόδι. Πάμε να αρπάξουμε όλους τους πυρήνες από ένα συνηθισμένο αμάξι. Τα αμάξια ζυγίζουν συνήθως δύο τόνους. Πόσους πυρήνες αμαξιών θα έπρεπε να βάλετε μέσα στο κουτί ώστε να έχει το κουτί σας την ίδια πυκνότητα με τον πυρήνα; Είναι ένα αμάξι; Μήπως δύο; Μήπως 100; Όχι, όχι, και όχι. Πολύ περισσότερα. Είναι 6,2 δισεκατομμύρια. Ο αριθμός είναι σχεδόν ίσος με τον αριθμό των ανθρώπων επί Γης. Οπότε αν όλοι στην Γη είχαν το δικό τους αμάξι... υποθετικά -- (Αμάξια κορνάρουν) και τοποθετήσουμε όλα αυτά τα αμάξια μέσα στο κουτί σας... Θα ήταν σχεδόν ίσο με την πυκνότητα του πυρήνα. Είναι σαν να λέω πως αν πάρετε όλα τα αμάξια του κόσμου και τα βάλετε στο κουτί σας μεγέθους ενός ποδιού, θα είχατε την πυκνότητα ενός πυρήνα. Ας ανακεφαλαιώσουμε. Το άτομο είναι όντως, πολύ-πολύ μικρό. Φανταστείτε τα άτομα σε ένα γκρέιπφρουτ σαν τα βατόμουρα στη Γη. Ο πυρήνας είναι υπερβολικά μικρός. Κοιτάξτε μέσα στο βατόμουρο, και φουσκώστε το μέχρι να γίνει όσο ένα ποδοσφαιρικό γήπεδο, τώρα ο πυρήνας είναι μια μπίλια στο κέντρο. Το άτομο αποτελείται από μια αχανή έκταση κενού χώρου. Παράξενο αυτό! Ο πυρήνας έχει υπερβολικά υψηλή πυκνότητα. Φανταστείτε να βάζατε όλα αυτά τα αμάξια στο κουτί σας που είναι μόλις ένα πόδι. Νομίζω ότι κουράστηκα.
You probably already know everything is made up of little tiny things called atoms or even that each atom is made up of even smaller particles called protons, neutrons and electrons. And you've probably heard that atoms are small. But I bet you haven't ever thought about how small atoms really are. Well, the answer is that they are really, really small. So you ask, just how small are atoms? To understand this, let's ask this question: How many atoms are in a grapefruit? Well, let's assume that the grapefruit is made up of only nitrogen atoms, which isn't at all true, but there are nitrogen atoms in a grapefruit. To help you visualize this, let's blow up each of the atoms to the size of a blueberry. And then how big would the grapefruit have to be? It would have to be the same size of -- well, actually, the Earth. That's crazy! You mean to say that if I filled the Earth with blueberries, I would have the same number of nitrogen atoms as a grapefruit? That's right! So how big is the atom? Well, it's really, really small! And you know what? It gets even more crazy. Let's now look inside of each atom -- and thus the blueberry, right? -- What do you see there? In the center of the atom is something called the nucleus, which contains protons and neutrons, and on the outside, you'd see electrons. So how big is the nucleus? If atoms are like blueberries in the Earth, how big would the nucleus be? You might remember the old pictures of the atom from science class, where you saw this tiny dot on the page with an arrow pointing to the nucleus. Well, those pictures, they're not drawn to scale, so they're kind of wrong. So how big is the nucleus? So if you popped open the blueberry and were searching for the nucleus ... You know what? It would be invisible. It's too small to see! OK. Let's blow up the atom -- the blueberry -- to the size of a house. So imagine a ball that is as tall as a two-story house. Let's look for the nucleus in the center of the atom. And do you know what? It would just barely be visible. So to get our minds wrapped around how big the nucleus is, we need to blow up the blueberry, up to the size of a football stadium. So imagine a ball the size of a football stadium, and right smack dab in the center of the atom, you would find the nucleus, and you could see it! And it would be the size of a small marble. And there's more, if I haven't blown your mind by now. Let's consider the atom some more. It contains protons, neutrons and electrons. The protons and neutrons live inside of the nucleus, and contain almost all of the mass of the atom. Way on the edge are the electrons. So if an atom is like a ball the size of a football stadium, with the nucleus in the center, and the electrons on the edge, what is in between the nucleus and the electrons? Surprisingly, the answer is empty space. (Wind noise) That's right. Empty! Between the nucleus and the electrons, there are vast regions of empty space. Now, technically there are some electromagnetic fields, but in terms of stuff, matter, it is empty. Remember this vast region of empty space is inside the blueberry, which is inside the Earth, which really are the atoms in the grapefruit. OK, one more thing, if I can even get more bizarre. Since virtually all the mass of an atom is in the nucleus -- now, there is some amount of mass in the electrons, but most of it is in the nucleus -- how dense is the nucleus? Well, the answer is crazy. The density of a typical nucleus is four times 10 to the 17th kilograms per meter cubed. But that's hard to visualize. OK, I'll put it in English units. 2.5 times 10 to the 16th pounds per cubic feet. OK, that's still kind of hard to figure. OK, here's what I want you to do. Make a box that is one foot by one foot by one foot. Now let's go and grab all of the nuclei from a typical car. Now, cars on average weigh two tons. How many cars' nuclei would you have to put into the box to have your one-foot-box have the same density of the nucleus? Is it one car? Two? How about 100? Nope, nope and nope. The answer is much bigger. It is 6.2 billion. That is almost equal to the number of people in the Earth. So if everyone in the Earth owned their own car -- and they don't -- (Cars honking) and we put all of those cars into your box ... That would be about the density of a nucleus. So I'm saying that if you took every car in the world and put it into your one-foot box, you would have the density of one nucleus. OK, let's review. The atom is really, really, really small. Think atoms in a grapefruit like blueberries in the Earth. The nucleus is crazy small. Now look inside the blueberry, and blow it up to the size of a football stadium, and now the nucleus is a marble in the middle. The atom is made up of vast regions of empty space. That's weird. The nucleus has a crazy-high density. Think of putting all those cars in your one-foot box. I think I'm tired.