Ve filmech lidé projíždějí stěnami jako Ghosts – myslí si vidění z „Avengers“ nebo Harry Potter procházející platformou 9¾. Vypadá to bez námahy. Ale ve skutečném světě by vás pokus o ten trik nechal s pohmožděným nosem a spoustou otázek.
Jedna otázka například může být důvod, proč nemůžeme projít stěnami? Atomykteré jsou stavebními kameny hmoty, jsou většinou prázdný prostor. Malé jádro – o čem je 100 000krát menší než celý atom – sedí ve středu, zatímco elektrony oběžné dráhy daleko. Tak proč se pevné objekty cítí … solidní?
Existují dva koncepty fyziky, které znemožňují procházení pevnými materiály: elektrostatické odpuzování a princip vyloučení Pauli, řekli odborníci Live Science.
Klasicky má atom jádro, které je vyrobeno z protonů a neutronů a elektronů, které se pohybují kolem něj. Pozitivní náboj protonů a negativní náboj elektronů se přitahují směrem k sobě a drží atom pohromadě.
Ale v Kvantová mechanikaElektron se nepohybuje v úhledném kruhu. Místo toho tvoří jakýsi druh mrak – Fuzzy oblast, kde moc být. Tomu se nazývá „cloud pravděpodobnosti“. Raheem HashmaniDoktorský student fyziky na University of Wisconsin-Madison řekl Live Science. Tento cloud se nepohybuje. Jen tam sedí a ukazuje místa, kde je s největší pravděpodobností nalezen elektron.
Cloud činí okraj atomu negativně nabitý. „Pokud se pokusím projít zdí, atomy v mém těle uvidí (ty) ve zdi a budou se navzájem odrazit,“ Steven RolstonFyzik na University of Maryland, řekl Live Science.
Související: Kolik atomů je v pozorovatelném vesmíru?
Tomu se říká elektromagnetické odpuzování – jako když se snažíte tlačit stejné póly dvou magnetů dohromady. Při procházce stěnou interagují elektrony elektromagnetickými vlnami. Tyto vlny jsou součástí sil, které brání atomům se překrývat a proč pevná hmota zůstává a cítí se solidní.
Ale co když byly atomy tlačeny ještě blíž k sobě?
Tam přichází princip vyloučení Pauliho. částiceVolal Fermions, nemůže sdílet stejný energetický stav nebo být na stejném místě současně. Elektrony jsou fermiony, takže v tomto případě jsou podmínky zaměnitelné.
„Když se tyto mraky elektronů začnou přiblížit, překrývají se, což znamená, že dva elektrony mohou sdílet stejný fyzický prostor,“ vysvětlil Hashmani. „Podle Pauliho vyloučení to není povoleno.“
Oba koncepty – princip vyloučení Pauli a elektromagnetické odpuzování – brání atomům v zabírání stejného prostoru. Bez nich je pevná hmota, jak víme, že by to nemělo tvar. V kapalinách a plynech mají atomy větší svobodu pohybovat se, ale stejná pravidla stále platí. Prostě zabraňují překrývání atomů, nikoli v pohybu kolem.
I když je však téměř nemožné, aby se objekty navzájem procházely, kvantová mechanika vždy nabízí zajímavou odpověď: technicky je tu malá šance mohl se stane.
Částice jako elektrony se nechovají jako malé pevné koule. Místo toho se také chovají jako vlny a tyto vlny se někdy mohou protahovat kolem fyzických bariér.
Řekněme, že vlna představující částice zasáhne zeď – bariéru, že nemá dostatek energie k překročení. V Klasická mechanikaProstě by se to odrazilo. Ale v kvantové mechanice se vlna najednou nezastaví, řekl Hashmani. Místo toho se začíná exponenciálně rozpadat, když vstupuje do bariéry. Pokud je stěna dostatečně tenká, může mít tato vlna stále malou přítomnost na druhé straně. A protože vlna představuje pravděpodobnost, kde může být částice, existuje malá šance, že se na druhé straně objeví částice. Tomu se říká kvantové tunelování.
Pravděpodobnost celého člověka procházející zdí by však byla něco jako 1 z 10 na sílu 10 k moci 30, “řekl Hashmani. „Pokud to vložíte do kalkulačky, efektivně vám dá nulu. Žádná kalkulačka na planetě vám nedá něco, co není nulové. Takto je pravděpodobnost nekonečně malá.“
Rolston souhlasil. „Je to asi tak blízko nule, jak můžete získat, ale není to nula,“ řekl. „Je to tak nekonečně malé, že jsem si jistý, že by se to nestalo ve věku vesmíru.“
