Tänk dig att du kan sluta vara människostor ett tag och krympa ner till storleken på en bakterie, ungefär en miljonedel av din nuvarande statur. I denna skala, du skulle sluta vara bunden av gravitationen och i stället upptäcka att viskositet är den dominerande faktorn, få luften att kännas mer som att simma genom ett dyster träsk.

Horder av dina andra bakterier surrar förbi, drivs av vändbara roterande motorer som driver dem upp till 20 gånger sin kroppslängd per sekund. Det är den typen av hastighet som relativt sett, du skulle behöva en motor för att uppnå i den mänskliga världen.

Mat är lätt att hitta; näringsämnen landar helt enkelt på din yta via molekylär diffusion. Andra aspekter av bakterielivet är kanske mer bekanta:bakterier, precis som större varelser, jagas av rovdjur och plågas av patogener.

Dessa Tom Thumb -universum gör inte mycket mening för oss människor, som är mer vana vid att hantera saker vi kan se och röra vid. Verkligen, vi var omedvetna om den mikrobiella världen tills Robert Hooke uppfann mikroskopet 1665-en bedrift som möjliggjordes genom tillkomsten av högkvalitativt glas och den framväxande vetenskapen om optik.

Livet är fullt av överraskningar

Från detta uppvaknande kom ett grepp om livets komplexitet. Det är något vi fortfarande brottas med idag, vilket framgår av det faktum att en genomsnittlig tesked vatten, jord eller is vimlar av miljontals mikrober som aldrig har räknats eller namngetts.

Denna svindlande mångfald lever livligt i alla tänkbara vrår och vrår på jorden. I munnen finns det upp till 100, 000 bakterier på varje tand ensam. Det finns en verklig bakteriedjurpark som festar på våra dagliga insättningar på tåg- och bussräcken, säten och andra tillbehör-för att inte tala om köttätande bakterier.

Det här är tillräckligt svårt för att få huvudet runt, men stanna hos oss när vi går ner i en mycket mindre, mer komplex och helt konstigare arena.

Mindre fortfarande

Nere i den skala som frekventeras av subatomära partiklar, viskositet får inte en inblick - saker är orkestrerade av kvantprinciper där kausalitet, lokalitet och realism är ut genom fönstret.

Här, på bara femtometrar, eller en miljonedel av en miljarddel av en meter, partiklar som elektroner är inte partiklar i traditionell mening. De kan effektivt vara på flera ställen (och röra sig i flera riktningar) samtidigt och bete sig som vågor - en egenskap som banade väg för elektronmikroskop.

Det här låter kanske inte mer påtagligt eller relevant än krångel på en fysikers whiteboard, men beviset på dess verklighet finns att se, både i form av experimentella demonstrationer av partikelvågseffekter och i intervallet av modern teknik som använder kvanteffekter som atomur eller annat praktiskt, om det är läskigt, användningsområden.

Kanske snart kommer vi till och med ha kvantdatorer (fråga bara Justin Trudeau, även om han i sanning kämpar med detaljerna också).

Levande processer i subatomär skala

Men vad har kvantfysiken att göra med levande saker?

Medan konventionella mikroskop fokuserade mikrometerskalan (följt av elektronversionen, som förlängde upplösningen med flera storleksordningar), här på 2000 -talet kan vi se ner till atomskalan på nanometrar, eller miljarddels meter, tack vare röntgenlasrar.

Denna teknik har redan registrerat några spektakulära glimtar av de molekylära processer som ligger till grund för några av livets mest grundläggande funktioner, som fotosyntes och ljuskänsla.

Filmer gjorda av ögonblicksbildröntgenbilder (som kan ta svindlande 100 biljoner bilder per sekund) visar molekylmaskinens inre funktion under fotosyntesen-en process där magnesiumatomer, omgiven av protein, klyva vatten och smälta koldioxid som mat i alla gröna växter. Naturen använder samma mekanism, i kombination med elektronöverföringsreaktioner, att generera praktiskt taget allt syre som andas på jorden.

Liknande filmer visar vad som händer när ljuset träffar näthinnan och samarbetar med ett fotokänsligt protein.

Detta uppgår till mer än inaktiv nyfikenhet - avbildning på detta sätt kan ge insikter i ett brett spektrum av biologiskt och farmaceutiskt viktiga molekyler, vilket i sin tur potentiellt kan hjälpa till med utvecklingen av mer effektiva läkemedel. Och för att inte tala om konsekvenserna för ekologin för att nå en finkornig förståelse av fotosyntes, maskinrummet i växtriket och de otaliga varelser som är beroende av det.

Dessa tekniker avslöjar de invecklade kopplingarna mellan subatomära och ekologiska processer.

En helt ny industri byggd på små

Det snabbt utvecklande området för nanovetenskap och teknik - ytterligare en spinoff från kvantprinciper - har inte gett upphov till någon brist på potentiella användningsområden. Detta inkluderar löftet om nanobioteknik att utveckla nya, mer effektiva läkemedel för tillstånd som högt blodtryck, hjälp av synen på dessa molekyler som tillhandahålls av röntgenlasrar.

Sedan finns det den mer proaktiva bionanovetenskapen som syftar till, bland annat, för att simulera biologiska mekanismer så exakt kan du nu ta en virtuell promenad genom en cancercell medan den hanteras av läkemedelsbärande nanopartiklar.

Vi går alltså in i en era med "molekylär tillverkning". Och i horisonten finns "nanoboter"-molekylskala arbetshästar som är tillräckligt små för att manipulera molekylära processer inom celler. Kanske kommer dessa en dag att vara tillräckligt sofistikerade för att leverera läkemedel till specifika molekylära platser eller till och med utföra kirurgi.

Den osynliga kraften

Det här är inte mönster som människor direkt kan interagera med, inte minst för att de fungerar i en miljö vi knappt kan föreställa oss med tanke på vår mätarskala, förnuftig verklighet. Det betyder också att om dessa processer har en skadlig baksida, vi har inte mycket koll på hur vi ska hantera dem.

Säkerhetskopiera storleksskalan vi har rutiner som miljökonsekvensbedömningar, produktförvaltning och toxikologiska tester. Hur passar sådana begrepp, Om överhuvudtaget, med tillkomsten av nanotekniska molekylstrukturer? Det är fullt möjligt att våra papperskorgar på återvinningscentraler (eller till och med deponier) en dag kan bli fulla av invecklade nanostrukturer med okända miljökonsekvenser.

Det är kanske fantasifullt, men det finns ändå potentiella problem med mineralbaserade nanopartiklar som redan finns i kosmetika, målar, kläder och andra produkter. Vissa har väldefinierade vägar in i omvärlden, på väg från våra duschar och sänkor för att smyga igenom avloppsreningsverk. Vad de kan göra efter att ha "gått vilt" i vattenvägar och jordar är någons gissning, även om någon indikation kan komma från deras storebröder som fina silter eller mikroplast, vars ytor kan bli bärare av både oorganiska och organiska föroreningar.

Dessa frågor är för närvarande inte stora för vattenindustrin. Även mycket välrenommerade avloppsreningsverk av klass A behandlar endast patogener, intresserar sig lite för näringsämnen, kemikalier, mikroplast eller nanopartiklar.

Men nanopartiklarnas storlek, form, ytarea, klumpning och beteende i den större miljön gör det svårt att tänka sig hur man bäst reglerar dem. Dessutom, Det har varit få regleringsstudier om nanopartiklar där risk och exponering har beaktats tillsammans, så det är svårt att ge en omfattande riskbedömning.

Och dessa är relativt "inerta" varianter. Bristen på kunskap kan bli mer angelägen om nanobotar blir vilt.

Ingenting försvinner bara

Vi borde vara tillräckligt avancerade som samhälle för att inse att allt vi tillverkar måste redovisas. Ingenting bara "försvinner" - även saker som är alldeles för små för att se.

Till skillnad från smog eller skräp, det här är sätt, långt ner i den osynliga världen, gör det svårt att bilda en politisk valkrets kring frågan.

Ändå, utvecklas i vår förståelse av de djupgående kopplingarna mellan atomskala processer och biologiska molekyler i den lilla, liten värld tjänar till att fördjupa, om inte förvandla, hur vi ser på ekologiska processer - och underförstått, "levande saker", hur osynlig den än är.

Denna berättelse publiceras med tillstånd av The Conversation (under Creative Commons-Attribution/Inga derivat).