Mengapa kita tidak bisa berjalan melalui dinding jika atom sebagian besar ruang kosong?

Dalam film, orang -orang fase melalui dinding seperti hantu – pikirkan visi dari “Avengers” atau Harry Potter melalui platform 9¾. Itu terlihat mudah. Tetapi di dunia nyata, mencoba trik itu hanya akan membuat Anda dengan hidung memar dan banyak pertanyaan.
Satu pertanyaan, misalnya, mungkin mengapa kita tidak bisa berjalan melalui dinding? Atomyang merupakan blok bangunan materi, sebagian besar merupakan ruang kosong. Inti kecil – yang ada tentang 100.000 kali lebih kecil dari seluruh atom – duduk di tengah, sementara elektron mengorbit jauh. Jadi mengapa benda -benda padat terasa begitu … solid?
Ada dua konsep fisika yang membuat berjalan melalui bahan padat menjadi tidak mungkin: tolakan elektrostatik dan prinsip pengecualian pauli, kata para ahli kepada Live Science.
Secara klasik, sebuah atom memiliki inti, yang terbuat dari proton dan neutron, dan elektron yang bergerak di sekitarnya. Muatan positif proton dan muatan negatif elektron menarik ke arah satu sama lain, menyatukan atom.
Tapi di mekanika kuantumelektron tidak bergerak dalam lingkaran yang rapi. Sebaliknya, itu membentuk semacam awan – Area fuzzy tempatnya mungkin menjadi. Ini disebut “cloud probabilitas,” Raheem Hashmaniseorang mahasiswa doktoral dalam fisika di University of Wisconsin-Madison, mengatakan kepada Live Science. Awan ini tidak bergerak. Itu hanya duduk di sana, menunjukkan tempat -tempat di mana elektron kemungkinan besar ditemukan.
Awan membuat pinggiran atom bermuatan negatif. “Jika saya mencoba berjalan melalui dinding, atom -atom di tubuh saya akan melihat [ones] di dinding, dan mereka akan saling mengusir, ” Steven Rolstonseorang fisikawan di University of Maryland, mengatakan kepada Live Science.
Terkait: Berapa banyak atom di alam semesta yang dapat diamati?
Yang disebut tolakan elektromagnetik – seperti saat Anda mencoba mendorong tiang yang sama dari dua magnet bersama -sama. Saat berjalan melalui dinding, elektron berinteraksi melalui gelombang elektromagnetik. Gelombang ini adalah bagian dari kekuatan yang mencegah atom tumpang tindih dan mengapa materi padat tetap dan terasa solid.
Tetapi bagaimana jika atom didorong lebih dekat bersama?
Di situlah prinsip pengecualian Pauli masuk. Ini menyatakan bahwa tertentu partikeldisebut fermions, tidak dapat berbagi keadaan energi yang sama atau berada di tempat yang sama pada saat yang sama. Elektron adalah fermion, jadi dalam hal ini, persyaratannya dapat dipertukarkan.
“Ketika awan -awan elektron itu mulai saling berdekatan, mereka tumpang tindih, yang berarti bahwa dua elektron mungkin berbagi ruang fisik yang sama,” jelas Hashmani. “Di bawah prinsip pengecualian Pauli, ini tidak diperbolehkan.”
Kedua konsep – prinsip eksklusi Pauli dan tolakan elektromagnetik – mencegah atom menempati ruang yang sama. Tanpa mereka, materi padat seperti yang kita tahu itu tidak akan menahan bentuknya. Dalam cairan dan gas, atom memiliki lebih banyak kebebasan untuk bergerak, tetapi aturan yang sama masih berlaku. Mereka hanya menjaga atom dari tumpang tindih, bukan dari bergerak.
Namun, bahkan jika hampir mustahil bagi objek untuk melewati satu sama lain, mekanika kuantum selalu menawarkan jawaban yang menarik: secara teknis, ada kemungkinan kecilnya bisa terjadi.
Partikel seperti elektron tidak berperilaku seperti bola solid kecil. Sebaliknya, mereka juga bertindak seperti gelombang, dan gelombang itu kadang -kadang dapat meregangkan hambatan fisik.
Katakanlah gelombang yang mewakili partikel menabrak dinding – penghalang tidak memiliki energi yang cukup untuk dilintasi. Di dalam mekanika klasikitu hanya akan terpental. Namun dalam mekanika kuantum, gelombang tidak berhenti tiba -tiba, kata Hashmani. Sebaliknya, itu mulai membusuk secara eksponensial saat memasuki penghalang. Jika dindingnya cukup tipis, gelombang itu mungkin masih memiliki kehadiran kecil di sisi lain. Dan karena gelombang mewakili probabilitas di mana partikel itu berada, ada kemungkinan kecil partikel itu akan muncul di sisi lain. Ini disebut tunneling kuantum.
Namun, probabilitas seluruh orang yang melewati dinding “akan menjadi sekitar 1 dari 10 untuk kekuatan 10 dengan kekuatan 30,” kata Hashmani. “Jika Anda meletakkannya di kalkulator, itu akan secara efektif memberi Anda nol. Tidak ada kalkulator di planet ini akan memberi Anda sesuatu yang bukan nol. Begitulah sangat kecil probabilitasnya.”
Rolston setuju. “Ini hampir sedekat mungkin dengan nol, tetapi bukan nol,” katanya. “Ini sangat kecil sehingga saya yakin itu tidak akan terjadi di zaman alam semesta.”