سانتی، میلی، میکرو، نانو

هيچ کس نمي‌داند که اولين پدرها و مادرهاي ما چه زماني فهميدند که نيازمند اندازه‌گيري بعضي چيزها هستند، اما گويا از اولين چيزهايي که توانستند آنرا اندازه بگيرند (بخوانيد کميت)، فاصله يا طول بود. انسان‌ها در ابتدا با استفاده از اعضاي بدن خود اين کميت را اندازه‌گيري مي‌کردند. طول ساعد، طول پا و طول دست‌هاي بازشده از هم، اولين مبناهاي اندازه‌گيري (بخوانيد واحد اندازه‌گيري) بودند. اندک اندک با پيشرفت زندگي انسان و افزايش شناخت او از طبيعت و محيط اطرافش، واحدهاي اندازه‌گيري نيز دقيق‌تر شدند. امروز دستگاه‌هاي اندازه‌گيري معيني تعريف شده‌اند و همگي ما از واحد‌هاي مشخصي (بخوانيد استاندارد) استفاده مي‌کنيم.

شما مي‌دانيد که متر، يکي از شناخته شده‌ترين واحدهاي اندازه‌گيري طول است. اين اندازه به حدي براي ما شناخته شده است که به راحتي مي‌توانيم با طول يک گام‌ بلند آنرا نشان دهيم. بيشتر آنچه که ما به طور روزمره با آن مواجه هستيم، اندازه‌اي بين صد متر تا يک صدم متر (بخوانيد سانتي‌متر) دارند. در حقيقت زندگي معمول ما در اندازه بزرگي متر (بخوانيد مقياس ماکرو) مي‌گذرد. اما اين محدوده، بخش بسيار بسيار کوچکي از اندازه‌هاي موجود در طبيعت پيرامون زندگي انسان است. او بر روي کره زمين زندگي مي‌کند که قطري معادل 12760000 متر (12/76 ميليون متر) دارد و موجودات کوچکي (بخوانيد باکتري) به اندازه 0/000001 متر (يک ميليونيم متر) مي‌توانند به آساني سلامت و حتي حيات و بقاي او  را تحت تاثير قرار دهند. به نظر مي‌رسد که ما در خواندن و نوشتن اين اندازه‌ها هم مشکل داريم، چه برسد به اينکه بتوانيم آنها را به خوبي تصور کنيم!

رياضيدانان سعي نموده‌اند که اين مشکل ما را حل کنند. آنها با استفاده از نمادگذاري و ارائه يک روش مقايسه‌اي، تصور اندازه‌هاي بسيار کوچک و بسيار بزرگ را آسان‌تر نموده‌اند. ما مي‌توانيم روش پيشنهادي آنها را با يک آزمايش ساده ارزيابي کنيم. نمي‌دانم کي و کجا اين مقاله را مي‌خوانيد، اما اگر پشت يک ميز و روبروي نمايشگر يک رايانه نشسته‌ايد، احتمالا ميزي که رايانه شما بر روي آن قرار دارد طولي حدود يک متر دارد. اگر طول اين ميز را 10 بار کوچک کنيد، برابر قطر يک سي-دي (بخوانيد لوح فشرده) مي‌شود. اگر قطر لوح فشرده را 10 بار کوچک کنيد، برابر قطر يک تيله مي‌شود و اگر تيله را 10 بار کوچک کنيد، به اندازه يک دانه نمک درمي‌آيد (شکل 1). حالا اگر دانه نمک را سه مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگ کنيد، مي‌توانيد از آن به عنوان ميز استفاده نماييد. رياضيدانان براي نمايش اين نسبت ميان دانه نمک و ميز از نماد ^3-10 (سه مرتبه و هر مرتبه 10 بار کوچک سازي) استفاده کرده‌اند. البته آنها از اين روش براي توصيف اندازه‌هاي بزرگ نيز بهره برده‌اند. به طور مثال مي‌توان منظومه شمسي با اندازه 10¹³ متر (13 مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگ‌نمايي) و کهکشان راه شيري با اندازه 10²¹ متر (21 مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگ‌نمايي) را نيز با اين روش توصيف کرد.   

شکل (1)

حالا که مي‌توانيم اندازه‌هاي کوچک و بزرگ بسياري را تصور کنيم، بد نيست که بدانيم دانشمندان براي بعضي اندازه‌ها نام مشخصي تعيين کرده‌اند. به طور مثال اندازه‌هايي را که 1000 برابر بزرگتر از متر مي‌باشند، کيلومتر ناميده‌اند و اندازه‌هايي را که هزار برابر کوچکتر از متر هستند، ميلي‌متر مي‌خوانند. جدول زير برخي از اين نام‌ها را مشخص کرده است.

در ميان اندازه‌هاي کوچک، نانومتر از اهميت ويژه‌اي برخوردار است که بعدها بيشتر در مورد علت آن صحبت مي‌کنيم. اما پيش از آن لازم است که درک صحيحي از اين اندازه داشته باشيم. براي اين منظور مي‌توانيم آزمايش بالا را ادامه دهيم. تا آنجا پيش آمديم که دانه‌هاي نمک را به اندازه‌ يک ميز بزرگ کرديم. با اين بزرگ‌نمايي (1000 برابر)، تار موي شما قطري معادل يک طناب بسيار کلفت خواهد داشت، مي‌توانيد از گلبول‌هاي قرمز براي تيله بازي استفاده کنيد و باکتري‌ها نيز همچون دانه‌هاي نمک قابل رويت مي‌شوند (شکل 2).

شکل (2)

 اما ما هنوز هم نتوانسته‌ايم يک نانومتر را ببينيم.اين بار باکتري‌هاي کوچک نمکين را دوباره 1000برابر بزرگتر مي‌کنيم. باکتري‌ها ديگر آنقدر بزرگ شده‌اند که مي‌توانيد به عنوان يک مبل راحت به آنها تکيه دهيد. در اين دنياي جديد مي‌توانيد با ويروس‌ها تنيس بازي کنيد، پروتئين‌ها را به دور انگشتتان بپيچيد و اتم‌ها و مولکول‌هاي کوچک را لمس کنيد (شکل 3). به مقياس نانو خوش آمديد.

شکل (3)