Jeśli atomy w większości puste, dlaczego rzeczy są twarde w dotyku i w wyglądzie?

Chemik John Dalton zaproponował teorię, że cała materia i obiekty składają się z cząstek — atomów — i ta teoria dotychczas przyjęta przez społeczność naukową, w dwieście lat później. Każdy z tych atomów składa się z bardzo małego jądra i jeszcze mniejszych elektronów, które poruszają się w stosunkowo dużej odległości od centrum. Jeśli wyobrazić sobie stół, który jest miliard razy więcej, jego atomy będą wielkości arbuzów. Ale nawet wtedy jądro w środku będzie jeszcze zbyt mały, aby można go było dostrzec, nie mówiąc już o elektronach. Dlaczego więc nasze palce nie przechodzą przez atomy? Dlaczego światło nie przenika przez te otwory?

Aby to zrozumieć, musimy wziąć pod uwagę elektrony. Niestety, w szkole nas uczono uproszczonych pojęć — elektrony w rzeczywistości nie obracają się wokół centrum atomu, jak planety wokół słońca. Chociaż mówili nam właśnie tak. Zamiast tego elektrony można przedstawić w postaci roju pszczół lub stada ptaków, poszczególne ruchy których zbyt szybkie, aby można było je łapać, ale nadal widać ogólny kształt tego roju.

"Taniec" tron

W rzeczywistości, elektrony tańczą — i nie ma słowa lepiej, aby opisać ten proces. Ale to nie jest przypadkowy taniec — raczej, sala taniec, w którym elektrony poruszają się według pewnych schematów, wykonując czynności określone matematycznego imienia Erwina Schrödingera.

Te schematy, modele mogą się różnić, niektóre powolne i delikatne, jak walc, inne szybkie i energiczne, jak boogie. Każdy elektron trzyma się jednego i tego samego schematu, ale czasami może przełączyć się na inną, jeśli żaden inny elektron jeszcze ten schemat nie wykonuje. Żadne dwa elektrony w atomie nie mogą poruszać się tak samo: zasada ta nazywana jest zasadą zakazu, zasadą Pauli.

Mimo, że elektrony nigdy nie znudzi, przejście na szybszy krok wymaga energii. I gdy elektron przechodzi na powolne schemat, traci energię. Dlatego też, gdy energia w postaci światła pada na elektron, może on wchłonąć trochę energii i przejść do szybszego, wysoki "tańca". Wiązka światła przechodzi przez twój stół, bo elektrony we wszystkich atomach próbuje złapać trochę energii światła.

Po pewnym czasie tracą otrzymaną energię, czasami w postaci tego samego światła. Zmiany w charakterze absorpcji i odbicia światła daje nam odbicia i kolory — dlatego widzimy stół w postaci stałego obiektu.

Opór przy dotyku

Dlaczego stół jest solidny i w dotyku? Być może słyszeliście, że dzieje się tak z powodu odepchnięcia — co dwa ujemnie naładowane obiektu należy zepchnąć z siebie. Ale to nie tak. Oprawa on też z powodu tańczących elektronów.

Jeśli dotknąć stołu, elektrony z atomów w twoich palcach będą blisko do elektronów w atomach stołu. I gdy elektrony w jednym atomie zbliżają się do jądra w innym, schemat ich tańca zmienia się. Ponieważ elektron w низкоэнергетическом stanie w pobliżu jednego jądra nie może zrobić to samo w pobliżu innego — to miejsce jest już zajęte. Новоприбывшему konieczne jest, aby przejść w nieprzydzielone pozycja. I nadmierną energię trzeba gdzieś umieścić, nie w formie światła, tym razem w postaci siły od co także dosięga palca.

Dlatego proces bliskiego zakończenia atomów wymaga energii, ponieważ wszystkie ich elektrony muszą przenieść się w inne, puste, wysokoenergetycznych stanu. Starając się połączyć wszystkie atomy stołu i palce wymagają ogromną ilość energii — więcej, niż mogą zapewnić twoje mięśnie. Czujesz opór palca, a stół czuje twardość ciała w dotyku.