Чому речі тверді на дотик?

Чому речі тверді на дотик?

Якщо атоми порожні, то чому речі на вигляд і на дотик тверді? Англійський провінційний вчитель-самоучка, хімік, фізик, метеоролог і натураліст Джон Дальтон 200 років тому запропонував теорію хімічного атомізму.

Сам атомізм вперше був створений представниками досократичного періоду давньогрецької філософії Левкіппом і його учнем Демокрітом Абдерським. Згідно з їх вченням, існують тільки атоми (дрібні неподільні сутності, які не виникають і не зникають і мають певну форму) і порожнеча.

В 1808 році Дальтон відродив атомізм і охарактеризував атоми як хімічні елементи, які не можна створити заново, розділити на більш дрібні частинки, знищити шляхом будь-яких хімічних перетворень. Вважав, що будь-яка хімічна реакція просто змінює порядок угруповання атомів.

В кінці XIX століття стало відомо, що хімічні атоми містять ще більш дрібні елементарні частинки і таким чином не є «атомами» в демокритовському сенсі.

Атомізм – натурфілософська та фізична теорія, згідно з якою матеріальні речі складаються з хімічно-неділимих часток – атомів. Кожен атом складається з неймовірно малого ядра і ще менших за ядро електронів. В атомі електрони рухаються на відносно великій відстані від центру.

Якщо, наприклад, атом уявити розміром з кавун, то стіл, на якому лежить такий «кавун», в мільярди разів більший. Але ядро в центрі атома все ще буде настільки маленьким, що його не можна буде розгледіти, не кажучи вже про ще менші електрони.

Чому речі тверді на дотик?

Отже, якщо атоми порожні, то чому речі на вигляд і на дотик тверді? Щоб зрозуміти, чому наші пальці не проходять крізь ці атоми, і чому світло не проникає через ці щілини, потрібно розглянути електрони. Насправді електрони не обертаються навколо центру атома, як планети навколо сонця, хоча саме так нам говорили в школі. Замість цього електрони можна уявити у вигляді рою бджіл або зграї птахів, окремий рух яких занадто швидкий, щоб можна було вловити цю істоту, але можна побачити загальну мінливу форму цієї спільноти.

На ділі ж, електрони «танцюють», але це не випадковий танець, швидше за все бальний, в якому кожен виписує траєкторію за схемою згідно математичного рівняння Ервіна Шредінгера.

Чому речі тверді на дотик?
Рівняння Шредінгера – основне рівняння руху нерелятивістської квантової механіки. Визначає закон еволюції квантової системи з часом.

Ці моделі-схеми можуть відрізнятися між собою – деякі більш повільні і ніжні, як у вальсі, інші енергійні та швидкі як бугі. Кожен електрон може дотримуватися однієї постійної схеми, але іноді може переключатися на іншу, якщо цю схему ще не виконує жоден інший електрон. Два електрони в атомі не можуть однаково рухатися: це правило називають принципом Паулі або принципом заборони.

Хоча електрони ніколи не втомлюються, перехід на більш швидкий ритм вимагає енергії. І навпаки, коли електрон переходить на повільну схему, втрачає енергію. Тобто коли енергія у вигляді світла потрапляє на електрон, він може деяку частину енергії поглинути і перейти до більш швидкого «танцю».

Чому промінь світла не проходить через стіл? Тому що електрони в атомах стола намагаються захопити трохи енергії у світла.

Через деякий час іноді у вигляді того ж світла електрони втрачають отриману енергію. Зміни в характері поглинання і відображення світла дають нам сприйняття кольору, і тому ми бачимо стіл твердим.

Чому ж стіл на дотик твердий? Можливо, вам говорили, що це через відштовхування – що два однаково заряджених об’єкта повинні відштовхувати один одного. Але це не так. Стіл твердий теж через «танцюючі» електрони.

Якщо торкнутися столу, електрони в атомах ваших пальців виявляться близько до електронів в атомах столу. І коли електрон в одному атомі наближається до ядра в іншому, схема його танцю змінюється. Тому що електрон в низько енергетичному стані біля одного ядра не може те саме робити біля іншого – це місце вже зайнято. Новоприбульцю доводиться переходити в незайняте місце. Надлишкову енергію, яку потрібно кудись подіти, в цей раз не в формі світла, а в формі відштовхувальної сили.

Отже такий процес близького підведення атомів вимагає енергії, оскільки електрони повинні перейти в інший, незайнятий, високоенергетичний стан. Спроба поєднати всі атоми столу і пальця разом зажадає колосальної енергії – більше, ніж можуть забезпечити ваші м’язи. Тому при дотику палець відчуває опір, твердість столу.

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*