Нова камера покращує «зір» та швидкість реакції безпілотних автомобілів
3 Березня , 2017
У Лос-Анджелесі відкрився перший VR-кінотеатр IMAX
3 Березня , 2017

Якщо атоми здебільшого пусті, чому речі тверді на дотик і на вигляд?

Хімік Джон Дальтон запропонував теорію, що вся матерія і об’єкти складаються з частинок — атомів, — і ця теорія досі прийнята науковим співтовариством, через двісті років. Кожен з цих атомів складається з неймовірно маленького ядра і ще менших електронів, які рухаються на відносно великій відстані від центру. Якщо уявити стіл в мільярд разів більше, його атоми будуть розміром з кавун. Але навіть тоді ядро в центрі буде все ще занадто маленьким, щоб його можна було розгледіти, не кажучи вже про електрони. Чому ж тоді наші пальці не проходять крізь атоми? Чому світло не проникає через ці щілини?

Щоб зрозуміти це, нам потрібно розглянути електрони. На жаль, в школі нас вчили спрощеним поняттям — електрони насправді не обертаються навколо центра атома, як планети навколо сонця. Хоча нам казали саме так. Замість цього електрони можна представити у вигляді рою бджіл чи зграї птахів, окремі рухи яких надто швидкі, щоб їх можна було вловити, але ви все ще бачите загальну форму цього рою.

«Танець» електронів

Наспраді, електрони танцюють — і немає кращого слова, щоб описати цей процес. Але це не хаотичний танець — швидше, бальний танець, в якому електрони рухаються за певними схемами, слідуючи крокам, встановленим математичним рівнянням імені Ервіна Шредінгера.

Ці схеми, моделі можуть відрізнятися — деякі повільні і ніжні, як вальс, інші швидкі та енергійні, як бугі. Кожен електрон дотримується однієї і тієї ж схеми, але іноді може переключитися на іншу, якщо ніякий інший електрон ще цю схему не виконує. Ніякі два електрони в атомі не можуть рухатися однаково: це правило називається принципом заборони, принципом Паулі.

Хоча електрони ніколи не втомлюються, перехід на більш швидкий крок вимагає енергії. І коли електрон переходить на повільну схему, він втрачає енергію. Тому коли енергія у вигляді світла падає на електрон, він може поглинути деяку енергію і перейти до більш швидкого  «танцю». Промінь світла не проходить через ваш стіл, тому що електрони у всіх атомах намагаються захопити трохи енергії світла.

Через деякий час вони втрачають отриману енергію, іноді у вигляді того ж світла. Зміни в характері поглинання і відбиття світла дає нам відображення кольору — тому ми бачимо стіл у вигляді твердого об’єкта.

Опір при дотику

Чому ж стіл твердий і на дотик? Можливо, ви чули, що це відбувається через відштовхування — що два негативно заряджених об’єкта повинні відштовхувати один одного. Але це не так. Твердий він теж через танцюючі електрони.

Якщо доторкнутися до столу, електрони з атомів у ваших пальцях опиняться близько до електронів в атомах столу. І коли електрони в одному атомі наближаються до ядра в іншому, схема їх танців змінюється. Тому що електрон в низькоенергетичному стані біля одного ядра не може робити те ж саме біля іншого — це місце вже зайняте. Новоприбулому доводиться переходити в зайняте положення. І надлишкову енергію треба кудись подіти, не у формі світла в цей раз, а в формі сили від вашого пальця.

Тому процес близького підведення атомів вимагає енергії, оскільки всі їх електрони повинні перейти в інші, незайнятий, високоенергетичний стану. Спроба поєднати всі атоми столу і пальця разом вимагаэ колосальну кількість енергії — більше, ніж можуть забезпечити ваші м’язи. Ви відчуваєте опір пальця, а стіл відчуває твердість вашого тіла при дотику.

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: 
Inline
Inline