Защо предметите изглеждат твърди и плътни?

Химикът Джон Далтън предложи теорията, че материята и предметите са съставени от частици, наречени атоми. Тази теория все още се приема от научното общество два века след нейното обявяване. Всеки един атом се състои от изключително малки ядра и дори по-малки електрони, движещи се на значително разстояние от центъра.

Как така празно пространство в предметите?

Ако си представите маса, милиарди пъти по-голяма от обикновено, атомите ѝ биха били с размерите на пъпеши. Дори при тези размери ядрата им биха били прекалено малки, за да бъдат видими с просто око. Същото важи за електроните. Тогава защо нашите пръсти просто не преминават през атомите? Защо светлината не минава през свободното пространство?

За да си обясним този странен факт, трябва да разгледаме електроните. За жалост, информацията, която сме научили в училище, е прекалено опростена. Електроните не се движат в орбита около ядрото, подобно на планети около своята звезда. Вместо това те летят подобно на ято птици или пчели. Отделните движения на всеки електрон са прекалено бързи, за да бъдат проследени. Все пак можем да видим формата на движение на цялостното „ято“ и да добием представа за модела на „летене“.

Електроните „танцуват“!

Всъщност, „танцуване“ е най-подходящата дума, за да се опише движението на малките частици. Все пак това не е произволен танц. Това движение може да се оприличи по-скоро като събитие в бална зала, където всички се движат по определени траектории. Те следват стъпките си по точно определени математически модели. Уравнението, което описва тези модели, носи името на своя откривател Ервин Шрьодингер (да, онзи с котката).

Тези пътища на движение могат да варират. Някои от тях са бавни, нежни и спокойни, като валсов танц. Други са бързи, енергични и резки, като чарлстон. Всеки електрон спазва своя път, но от време на време може да смени траекторията си, стига да не заема пътя на друг електрон. Правило, наречено „принципът на Паули„, дефинира, че не може да има два електрона с еднакви траектории.

Въпреки че движенията на електроните са неуморни и те никога не се забавят, преместването към по-бърза траектория отнема енергия. Когато една частичка се мести, тя може да отдава или да приема енергия в зависимост към какъв „танц“ се прехвърля. Лъч светлина не би стигнал далече навътре в нашата въображаема маса. Електроните в масата се борят, за да поемат част от енергията и тя бива „засмукана“ между тях.

След много кратко време тези електрони губят събраната енергия от лъча светлина, най-вероятно отново като светлина. Тези отдавания на събрана енергия придават отражение и цветове на различните материали. Това е причината да виждаме масата като твърд обект. 

Преди да опитате да пробиете своето бюро с пръст, замислете се колко още неща не разбираме и не знаем за квантовия свят на градивните частици.