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.
Valószínűleg már tudják, hogy minden apró dolgokból, ún. atomokból áll, és tán azt is, hogy minden atom még kisebb részecskékből, ún. protonokból, neutronokból és elektronokból áll. Talán azt is hallották, hogy az atomok picik. De lefogadom, soha nem gondoltak bele, hogy mennyire. A válasz erre az, hogy roppant kicsik. De mennyire? Ennek megértéséhez tegyük fel a kérdést: Hány atom van egy grapefruitban? Tételezzük fel, hogy a grapefruit csak nitrogénatomokból áll. Ez nem teljesen igaz, de vannak nitrogénatomok a grapefruitban. Hogy könnyebb legyen ezt elképzelni, nagyítsuk fel az egyes atomokat áfonyaméretűre! Mekkora lesz így a grapefruit? Akkora, mint a Föld! Őrület! Azaz ha a Földet áfonyával töltöm meg, akkor annyi nitrogénatomot tartalmazna, mint amennyi egy grapefruitban van? Így igaz! Mekkora egy atom? Borzasztó pici. Ez még mind semmi! Pillantsunk bele az atomokba, azaz az áfonyaszemekbe! Mit látunk? Az atom közepén látható az atommag. Protonokat és neutronokat tartalmaz, kívül pedig elektronokat. Mekkora az atommag? Ha az atomok áfonyanagyságúak a Földhöz képest, mekkora az atommag? Talán emlékeznek az atom ábrájára a tudományóráról, ahol az ábrán apró pontot láttak az atommagra mutató nyíllal. Az ábra nem méretarányos, ezért csalóka. Mekkora az atommag? Ha a magot keresve szétnyitnánk az áfonyát... Meg sem látnánk! Túl kicsi ahhoz, hogy észrevegyük. Nagyítsuk fel az atomot, az áfonyát háznagyságúra! Képzeljünk el egy labdát, amely kétszintes ház nagyságú. Keressük meg az atommagot az atom közepében! Alig-alig látható. Hogy elképzeljük az atommag valódi méretét, focistadionnyi méretűre kell felnagyítanunk az áfonyát. Képzeljenek el egy focistadion nagyságú labdát, ennek pontosan a közepén találjuk az atommagot, és már láthatjuk! Akkora lesz, mint egy játékgolyó. Ha eddig még nem őrjítettem meg önöket, nézzük meg az atomot részletesen! Protonokból, neutronokból és elektronokból áll. A protonok és a neutronok az atommagban helyezkednek el. Ezek adják az atom tömegének zömét. Az elektronok kívül vannak. Ha az atom focistadion méretű, az atommag a közepén, az elektronok a szélén vannak, de mi van az atommag és az elektronok között? Meglepő, de üres tér. (Szél zaja) Így van. Üres! Az atommag és az elektronok között hatalmas üres tér található. Technikailag ott elektromágneses mezők vannak, de az anyag szempontjából üres. Ne feledjük, hogy ez a hatalmas üres terület az áfonyában van, amely a Föld belsejében található, és ezek valójában a grapefruit atomjai. Még valami, ha még bizarrabb lehetek. Mivel az atom teljes tömege gyakorlatilag az atommagban található – bár van némi tömeg az elektronokban is –, akkor milyen sűrű az atommag? A válasz észbontó. Az átlagos atommag sűrűsége négyszer 10 a 17. hatványon kg/m³. Ezt nehéz szemléltetni. Még elképzelni is nehéz. De próbáljuk meg! Vegyünk egy 30x30x30 cm-es dobozt. Tegyük bele egy átlagos autóban lévő összes atommagot! Az átlagos autó két tonnát nyom. Hány autó atommagját kéne a dobozba tenni ahhoz, hogy dobozunk ugyanolyan sűrűségű legyen, mint az atommag? Egyet? Kettőt? Vagy százat? Szó sincs róla. A szám sokkal nagyobb. 6,2 milliárdot! Ez majdnem annyi, mint a Föld lakossága. Ha a Földön mindenkinek lenne kocsija, és nem... (Dudáló autók) és az összes autót a dobozba raknánk... Kb. akkora lenne az atommag sűrűsége. Ha a világ minden autóját beleraknánk a dobozba, akkor jutnánk az atommag sűrűségéhez. Foglaljuk össze! Az atom tényleg szörnyen kicsi. Úgy tekintsük az atomokat a grapefruitban, mint az áfonyát a Földhöz képest. Az atommag roppant apró. Ha az áfonyába belenézünk, és focistadion méretűre nagyítjuk, akkor a közepén az atommag akkora, mint egy játékgolyó. Az atom hatalmas üres terekből áll. Furcsa. Az atommag sűrűsége iszonyúan nagy. Gondoljunk arra, hogy ezeket az autókat egy dobozba rakjuk. Azt hiszem, elfáradtam.