Что за безумие, говорите вы. В конце концов, когда мы касаемся, например, обуви, ваша рука оказывается в таком положении, что между ней и ботинком нет места. Это прикосновение. Но на атомном уровне это небольшая проблема.
В детстве я знал, что контакт, прикосновение - это такое положение двух материальных тел, что между ними больше нет пустого пространства. И я бы сказал, что большинство людей воображают контакт таким образом в повседневной жизни. Однако, когда я начал посещать лекции по квантовой химии в молодости, я испытал небольшой шок. Мне объяснили, что атомы, составляющие и мою руку, и твердые предметы, которые я вцепляюсь в эту руку, не являются чем-то вроде твердых шариков, которые скрепляют крючки вместе, как когда-то представлял Демокритос.
Атомы состоят из атомных ядер и "вращающихся" электронов. Думая об электронах как об вращающихся шарах, как один из основателей квантовой механики Нильс Бор представил их в 1913 годуУ нас будет одна проблема. Если мы смоделируем размер ядра атома примерно размером с апельсин, ближайший электрон будет в нескольких километрах от ядра. Электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра протонов и нейтронов. Между электроном и ядром существует огромная пустота; Если бы мы толкали электроны в атомное ядро, таким образом достигая нормальной плотности ядра в нормальной массе, возможно, таким образом фактически сжимая самое большое здание в мире в плотность нейтронной звезды, мы получили бы только очень маленький шар. Атомы кажутся пустотами, а не компактной материей.
И мы даже не коснулись атомов, которые наиболее важны для макроскопического прикосновения. Потому что, когда один атом приближается к другому, как атом нашей руки к атому нашей обуви, отрицательно заряженные электроны этих атомов начинают электрически отталкиваться. Поэтому они не вступают в непосредственный контакт, но электроны начинают обмениваться (виртуальными) фотонами, которые создают силу отталкивания. Таким образом, в этой более чем 100-летней концепции прикосновение кажется простым внешним видом.
Но я бы не назвал это иллюзией. Некоторые люди преувеличивают сегодня и выбирают преувеличенные термины для привлекательности СМИ ( я, вероятно, делаю это в заголовках, но затем я сразу пытаюсь объяснить в тексте, как это на самом деле ). Он «соприкасается» с автомобилем на скорости 200 км с бетонной стеной, чтобы иллюзия действительно сильно не выглядела. :-) В иллюзии мы действительно представляем что-то совсем другое. Следовательно, можно более уместно выразить, что физическое прикосновение - это явление, сущность, механизм которого мы только что (упрощенно) описали.
Давайте пойдем немного дальше и опишем, как прикосновение понимает более продвинутую версию понимания мира, чем планетарная модель атома Бора 1913 года, как показано выше. Классическая копенгагенская интерпретация квантовой механики предполагает, что электрон, если его не наблюдать, не имеет точного положения, но существует везде в виде облака вокруг атомного ядра. В то же время он занимает все возможные позиции, описываемые его так называемой волновой функцией, которая указывает на вероятность появления электрона в разных местах. На приведенном ниже рисунке показано, как на орбите электрона атома водорода эта область наиболее вероятна.
Однако эти области являются только областями, которые, скорее всего, будут электронными. Волновая функция электрона, форма которого показана на рисунке, но уходит в бесконечность. Вдали от ядра эта функция имеет минимальные значения, но она все еще ненулевая. На самом деле, электрон был в то же время повсюду во вселенной. Затем волновые функции электронов кисти и волновые функции электронов объекта, к которому мы сейчас прикасаемся, смешиваются, что, безусловно, сильно отличается от того, что мы себе представляли под понятием однозначного контакта.
Если мы углубимся в атом, мы обнаружим, что, когда в атомах больше электронов, они отталкивают квант, потому что они являются фермионами, то есть частицами со спином половинного числа, для которого применяется принцип исключения Паули., Благодаря этому отталкиванию высшие электронные орбиты «уходят все дальше от ядра», точнее, они больше. И самая большая внешняя электронная орбита тогда вызывает химические свойства данного атома, а также вносит основной вклад в «контакт» двух атомов. Но даже более низкие орбиты способствуют силе атома, поскольку они «держат», «поддерживают» более высокие или, по крайней мере, толкают электроны в более высокие. «Контакт» двух боковых орбит является проблемой. Конечно, их волновые функции также перекрываются. И трудно представить, как свободные функции, которые каким-то образом естественным образом смешиваются, как и особенно где они отталкиваются, как в случае орбит в одном атоме, так и в случае орбит смежных атомов, которые находятся в контакте. Итак, опять же, нет совпадения двух объектов с точными границами.
Возможно, мы можем представить взаимодействия электронов с орбитальными атомами, например, как контакт с чем-то мягким с неопределенными границами в нашем естественном мире, например, с чучелом животного или с известным резиновым шариком с кисточкой-антистрессом, см. Рисунки. Прежде чем мы поймем их, трудно точно оценить границу, где останавливается наша рука. Кроме того, мы можем сдвинуть этот предел с увеличением силы нажатия. Это мягкие податливые предметы. В идеале мы могли бы представить себе атом какого-нибудь гелевого шарика, который имел бы постоянно уменьшающуюся плотность и нечеткие границы от центра. Чем глубже мы врежемся в него, тем больше будет сопротивление из-за увеличения плотности к центру.
Поэтому независимо от того, количественно неопределенно или классически мы считаем атомы и их электроны планетарной моделью атома 1913 года, просто не существует классического твердого контакта, к которому привыкла наша интуиция. Однако мы описали механизм, который создает для нас это явление контакта.
