Elvégre köztudott, hogy a gravitáció mindent lefelé húz – a kövektől kezdve az esőcseppekig. De ha tejet töltesz egy pohárba, és az asztalon hagyod, az nem válik szét azonnal vízre és zsírra, hanem hosszú ideig (az ehhez hasonló rendszereknél várhatónál jóval tovább) homogén marad. Miért van ez így? Hiszen a mindenütt jelenlévő gravitációnak súlyuk szerint szét kellene választania a tej összetevőit.
Ahhoz, hogy megértsd, miért történik ez, be kell tekintenünk a mikrovilágba, ahol a fizika törvényei másképp működnek, mint az általunk megszokott méretekben. Ugyanez a jelenség gyakran előfordul kvantumszinten is, de ami érdekes, hogy már a mikroszint is mutat ösztönösen nehezen értelmezhető tulajdonságokat.
A tej nem egyszerűen egy folyadék, hanem egy különleges rendszer, amit emulziónak nevezünk. Ez a szó a latin „fejni” igéből származik, és nagyon pontosan leírja a jelenség lényegét.
Az emulzió két, egymással nem keveredő folyadék keveréke, amelyben az egyik folyadék apró cseppek formájában oszlik el a másikban. A tej esetében a tejzsír cseppjei és a kazein micelláknak nevezett fehérjekomplexumok egyenletesen lebegnek a vízben. Ezeknek a részecskéknek a mérete nagyjából 0,2 és 4 mikrométer között mozog, ami több százszor vékonyabb az emberi hajszálnál.
Ilyen méretekben a megszokott erők másodlagos szerepet játszanak. A gravitáció, amely a minket körülvevő világot korlátlanul uralja, itt szinte semmit sem számít. Sokkal fontosabbá válnak az elektromos töltések, a felületi energia és a vízmolekulák kaotikus mozgása.
A tejben minden egyes zsírcseppet egy vékony elektromos réteg vesz körül, és mindegyik azonos töltésű. Az azonos töltések pedig, mint tudjuk, taszítják egymást.
Ez olyan, mint egy tömeg a metróban, ahol mindenki egyfajta láthatatlan védőpajzsot tart maga körül. Még ha nagyon közel is vannak egymáshoz, senki sem tud teljesen a másikhoz érni – a taszítóerő túl nagy.
Ezenkívül minden zsírcsepp körül kialakul egy vízréteg, ami egy további védőpajzsként működik. Ez a szerkezet teszi a tejet meglepően stabillá: a zsírcseppek nem tudnak csak úgy egyetlen nagy masszává összeolvadni és elválni a víztől. Ahhoz, hogy ez megtörténjen, a rendszernek egy hatalmas energiaakadályt kellene leküzdenie. És pont ez az akadály teszi lehetővé, hogy a tejet egységes folyadékként lássuk, nem pedig olyan keverékként, ahol a könnyű zsír a felszínre úszik, a nehéz fehérjék pedig leülepednek az aljára.
De ez még nem minden. Van egy másik fontos tényező is: a méretarány. Ha egy tárgyat a felére csökkentesz, a felszíne a negyedére, a tömege pedig a nyolcadára csökken.
A tej apró részecskéi számára ez azt jelenti, hogy a felülettől függő erők sokkal jelentősebbé válnak, mint a tömegtől függő erők, vagyis a gravitáció. A mikrovilágban az elektromos és a molekulák közötti kölcsönhatások könnyedén „túlkiabálják” a Föld vonzerejét. Pontosan ezért nem esnek le a zsírcseppek – annyira aprók, hogy egyszerűen egy másik fizikai valóságban „élnek”.
Emellett a mikrorészecskékre erősen hat a Brown-mozgás – a vízmolekulák kaotikus ütközései, amelyek folyamatosan véletlenszerű irányokba lökdösik őket. Képzeld el, hogy megpróbálsz átmenni egy sűrű tömegen egy stadionban, ahol mindenki megállás nélkül mozog. Még ha egyenesen is akarsz menni, a körülötted lévők véletlenszerű lökdösései folyamatosan letérítenek az utadról.
Pontosan így érzik magukat a zsírcseppek is a tejben. A Brown-mozgás nem hagyja őket nyugodtan leülepedni a gravitáció hatására.
Érdekes, hogy ha a tejet sokáig állni hagyod, például egy napig, a zsír valóban lassan elkezd a felszínre úszni, és tejszínt képez. De ez a folyamat nagyon lassan megy végbe.
A gravitáció ugyan hat rá, de túl gyenge ahhoz, hogy észrevehetően megváltoztassa a helyzetet azalatt az idő alatt, amíg a tej a hűtőben áll, és megisszák. A mikrorészecskék világában mindenről más erők döntenek: az elektromos taszítás, a folyadék viszkozitása, a Brown-mozgás okozta lökdösődés és a felületi energia.
Kiderül tehát, hogy a tej persze nem teljesen „győzi le” a gravitációt. Egyszerűen olyan körülmények között létezik, ahol ez az erő már nem a legfontosabb. A mi megszokott méreteinkben a gravitáció mindent meghatároz: az alma leesik a fáról, a víz lefelé folyik, mi pedig a földön állunk.
De a mikronok és nanométerek világában már egészen más törvények játsszák a főszerepet. A tej pedig szemléletes példája annak, hogyan szűnik meg működni a mindennapi tapasztalatunk, ha csak egy kicsit mélyebbre, az anyag belsejébe tekintünk.
