جلسه 3 : سانتی، میلی، میکرو، نانو
جلسه 3 :
سانتی، میلی، میکرو، نانو
در گذشته های دور،انسانها با اندازه
گیری آشنا نبودند؛اما پس از مدتی نیاز به اندازه گیری را درک کردند.یکی از اولین
کمیتهایی که توسط انسانها اندازه گیری شد،طول و درازا بود.مقیاس و وسایل اندازه
گیری در آن زمان،محدود به طول دست، ساعد و ... بود.انسانها رفته رفته نیاز به
وسایل و یکاهای استاندارد اندازه گیری را احساس کردند.از این رو با پیشرفت دانش
انسانها ،واحدهای استاندارد و وسایل اندازه گیری نظیر متر ساخته شدند.
بیشتر اندازه های اطراف ما در مقیاس
ماکرو هستند؛یعنی اندازه هایی دارند که برای ما قابل درک اند.اما تعداد اجزای
پیرامون ما که اندازه هایشان به قدری بزرگ و یا به اندازه ای کوچک است که حتی از
حیطه درک ما خارج هستند نیز کم نیست. دانشمندان برای قابل فهم کردن این این اندازه
ها ازروش نمادگذازی علمی استفاده کرده اند.با این وجود برای درک اندازه های خیلی
بزرگ یا خیلی کوچک نیازمند ضرب و تقسیم این مقیاسها برای تبدیل آنها به مقیاسهای
قابل درک می باشیم.
مقدمه
هیچ کس نمیداند که پیشینیان ما چه
زمانی فهمیدند که نیازمند اندازهگیری بعضی چیزها هستند؛ اما گویا یکی از اولین
کمیتهایی که توانستند آنرا اندازه بگیرند، فاصله یا طول بود. انسانها در ابتدا با
استفاده از اعضای بدن خود این کمیت را اندازهگیری میکردند. طول ساعد، طول پا و طول
دستهای بازشده ازهم، اولین مبنا(واحد)های اندازهگیریبودند. اندک اندک با پیشرفت
زندگی انسان و افزایش شناخت او از طبیعت و محیط اطرافش، واحدهای اندازهگیری نیز
دقیقتر شدند. امروز دستگاههای اندازهگیری معینی تعریف شدهاند و همگی ما از واحدهای
مشخصی(استاندارد) استفاده میکنیم.
یک نانومتر چقدر کوچک است؟
متر، یکی از شناخته شدهترین واحدهای
اندازهگیری طول است. این اندازه به حدی شناخته شده است که به راحتی میتوانیم با
طول یک گامبلند آنرا نشان دهیم. بیشتر آنچه که ما به طور روزمره با آن مواجه
هستیم، اندازهای بین صد متر تا یک صدم متر (سانتیمتر) دارند. در حقیقت زندگی معمول
ما در اندازه های بزرگ (ماکرومتری) میگذرد. اما این محدوده، بخش بسیار بسیار کوچکی
از اندازههای موجود در طبیعت پیرامون زندگی انسان است. او بر روی کره زمین زندگی
میکند که قطری معادل 12760000 متر (12/76 میلیون متر) دارد و موجودات کوچکی
(باکتری) به اندازه 0/000001 متر (یک میلیونیم متر) که میتوانند به آسانی سلامت و حتی حیات و
بقای او را تحت تاثیر قرار دهند. به نظر میرسد که ما در خواندن و نوشتن این
اندازهها هم مشکل داریم، چه برسد به اینکه بتوانیم آنها را به خوبی تصور کنیم!
ریاضیدانان سعی نمودهاند که این
مشکل را حل کنند. آنها با استفاده از نمادگذاری و ارائه یک روش مقایسهای، تصور
اندازههای بسیار کوچک و بسیار بزرگ را آسانتر نمودهاند. ما میتوانیم روش پیشنهادی
آنها را با یک آزمایش ساده ارزیابی کنیم. نمیدانم کی و کجا این مقاله را میخوانید،
اما اگر پشت یک میز و روبروی نمایشگر یک رایانه نشستهاید، احتمالا میزی که رایانه
شما بر روی آن قرار دارد طولی حدود یک متر دارد. اگر طول این میز را 10 بار کوچک
کنید، برابر قطر یک سی-دی (لوح فشرده) میشود. اگر قطر لوح فشرده را 10 بار کوچک
کنید، برابر قطر یک تیله میشود و اگر تیله را 10 بار کوچک کنید، به اندازه یک دانه
نمک درمیآید (شکل 1). حالا اگر دانه نمک را سه مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگ کنید،
میتوانید از آن به عنوان میز استفاده نمایید.
ریاضیدانان برای نمایش این نسبت
میان میز و دانه نمک از نماد 3-10 (سه مرتبه و هر
مرتبه 10 بار کوچک سازی) استفاده کردهاند. البته آنها از این روش برای توصیف
اندازههای بزرگ نیز بهره بردهاند. به طور مثال میتوان منظومه شمسی با اندازه 1013 متر (13 مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگنمایی) و کهکشان راه شیری با
اندازه 1021 متر (21 مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگنمایی) را نیز با این روش
توصیف کرد.
شکل (1)
حالا که میتوانیم اندازههای کوچک و بزرگ بسیاری را تصور کنیم، بد نیست که بدانیم دانشمندان برای بعضی اندازهها نام مشخصی تعیین کردهاند. به طور مثال،اندازههایی را که 1000 برابر بزرگتر از متر میباشند، کیلومتر نامیدهاند و اندازههایی را که هزار برابر کوچکتر از متر هستند، میلیمتر میخوانند. جدول زیر برخی از این نامها را مشخص کرده است.
جدول1.مقیاسهای اندازه گیری به همراه نماد علمی
در میان اندازههای کوچک، نانومتر از اهمیت ویژهای برخوردار است که بعدها بیشتر در مورد علت آن صحبت خواهیم کرد. اما پیش از آن لازم است که درک صحیحی از این اندازه داشته باشیم. برای این منظور میتوانیم آزمایش بالا را ادامه دهیم؛ تا آنجا پیش آمدیم که دانههای نمک را به اندازهیک میز بزرگ کردیم. با این بزرگنمایی (1000 برابر)، قطرتارموی شما معادل یک طناب بسیار کلفت خواهد شد،میتوانید از گلبولهای قرمز برای تیله بازی استفاده کنید و باکتریها نیز همچون دانههای نمک قابل رویت میشوند (شکل 2).
شکل(2)
اما هنوز هم نتوانسته ایم یک نانومتر را ببینیم.این بار باکتریهای کوچک نمکین را دوباره 1000برابر بزرگتر میکنیم. باکتریها دیگر آنقدر بزرگ شده اند که میتوانید به عنوان یک مبل راحت به آنها تکیه دهید. در این دنیای جدید میتوانید با ویروسها تنیس بازی کنید، پروتئینها را به دور انگشتتان بپیچید و اتمها و مولکولهای کوچک را لمس کنید.اکنون می توانید اجسام نانومتری را به اندازه دانه های نمک ببینید(شکل 3). به مقیاس نانو،خوش آمدید.
شکل (3)
