До сих пор мы рассматривали очень большие величины. К счастью, когда мы обратимся к очень малым расстояниям и периодам времени, дела обстоят не так плохо. Нам необходимо знать размер атомов (размер и содержимое маленьких ядер внутри каждого атома интересует нас меньше) по сравнению с повседневными вещами. Его мы можем узнать, сделав два относительно небольших шага. Начнем с миллиметра. Это расстояние (примерно одна двадцать пятая дюйма) мы можем легко различить невооруженным глазом. Одна тысячная его доля называется микроном. Клетка бактерии — длиной примерно два микрона. Длина волны видимого света (которая ограничивает то, что мы можем видеть в мощный оптический микроскоп) — примерно полмикрона.
Теперь мы переходим к следующей тысячной доле, составляющей единицу длины, известную как нанометр. Обычно расстояние между двумя соседними атомами, тесно связанными между собой в органическом соединении, находится в пределах от одной десятой до одной пятнадцатой нанометра. При самых благоприятных условиях мы можем увидеть расстояния величиной с нанометр или немного меньше в электронный микроскоп при условии, что препарат для исследования подготовлен надлежащим образом. Более того, можно показать изображения целого ряда природных объектов в любом масштабе, начиная с небольшой группы атомов и кончая блохой, так что, получив некоторый опыт, мы можем ощутить, как один масштаб переходит в другой. В противоположность пустоте пространства, живой мир перенаселен на всех уровнях. Легкость, с которой мы можем переходить от одного масштаба к другому, не должна скрыть от нас тот факт, что количество объектов в единице объема может быть необычайно большим. Например, капля воды содержит более тысячи миллиардов миллиардов молекул воды.
Период времени, который нас интересует, редко оказывается меньше пикосекунды, то есть одной миллионной миллионной доли секунды, хотя в ядерных реакциях и исследованиях внутриатомных частиц встречаются намного меньшие периоды времени. Этот незначительный интервал — как раз тот масштаб времени, в котором колеблются молекулы, но если взглянуть на него с другой точки зрения, он не кажется необычным. Рассмотрим скорость звука. В воздухе она относительно низкая, немного больше, чем скорость большинства реактивных самолетов, и составляет примерно тысячу футов в секунду. При вспышке молнии на расстоянии одной мили потребуется полных пять секунд, чтобы до нас донесся ее звук. Эта скорость в данном случае приблизительно равняется средней скорости молекул газа в воздухе, в промежутках между их столкновениями друг с другом. Скорость звука в большинстве твердых веществ обычно немного больше.
Теперь зададим вопрос, сколько времени потребуется звуковой волне, чтобы пройти над маленькой молекулой? Простой расчет показывает, что это время должно быть в пределах пикосекунды. Это как раз тот результат, которого скорее всего следовало ожидать, так как он означает примерно тот масштаб времени, в котором атомы молекулы колеблются относительно друг друга. В данном случае существенно следующее: дело в том, что он составляет, грубо говоря, частоту повторения импульсов, лежащую в основе химических реакций. Фермент, органический катализатор, может вызывать реакцию тысячу и более раз в секунду. Хотя эта скорость может показаться нам быстрой, но на самом деле она довольно медленная в масштабе времени колебания атомов.
К сожалению, нелегко передать представление о масштабах времени от секунды до пикосекунды, хотя специалист по физической химии может научиться хорошо владеть этим довольно большим диапазоном. К счастью, мы не будем непосредственно касаться этих очень коротких промежутков времени, хотя опосредованно встретимся с их влиянием. Большинство химических реакций действительно очень редкие события. Молекулы обычно прерывисто двигаются вокруг и наталкиваются друг на друга много раз, прежде чем редкая удачная встреча позволит им ударить друг друга с достаточной силой и в правильном направлении, чтобы преодолеть защитные барьеры и вызвать химическую реакцию. И только благодаря тому, что в одном небольшом объеме обычно находится так много молекул и все их действия происходят одновременно, скорость течения химической реакции кажется довольно плавной. Случайные колебания сглаживаются большим количеством участвующих в ней молекул.