Вы могли бы спросить то же самое о нашей солнечной системе. Планеты и солнце по сравнению с самой системой просто крошечные. Нужно ли нашей солнечной системе такое пространство?
В принципе, да. Потому что все вещи — как в атоме, так и в солнечной системе — влияют друг на друга. В атоме это заряды и некоторые другие свойства, а в солнечной системе — гравитация. Чтобы система была долговечной и просто существовала, она должна находиться в стабильном состоянии. Таким образом, везде должно быть расстояние (и пространство), разделяющее всё.
В Солнечной системе есть пустое пространство между планетами, потому что, если бы «там» была ещё одна планета, её бы толкали и притягивали другие, пока она в конечном итоге не столкнулась бы с чем-то. Точно так же и в атоме — если бы внутри были какие-то «лишние» частицы, они были бы обязательно выброшены или втянуты внутрь.
Кроме того, самая странная вещь в атомах — это то, как они представляют собой пространство, определяемое вероятностью. Мы не знаем точно, где находятся частицы, но знаем лишь, где они, вероятно, могут находиться. Это даже не относится к доводам, касающимся «кота Шредингера». Если вы не знаете, жив кот или мёртв, пока не откроете коробку, можете ли вы тем не менее с уверенностью сказать, что коробка содержит пустое пространство?
Итак, когда мы говорим о пространстве внутри атома, в то время как мы знаем количество электронов, действительно ли имеет значение, есть ли там пустое «пространство»? Потому что это может быть и не так. Вы просто не узнаете, пока не посмотрите. Атомы просто чрезвычайно малы, поэтому я предполагаю, что этот «факт» основан лишь на том, насколько малы электроны, нейтроны и протоны по сравнению с размером всего атома.
На самом деле большая часть пространства — пустое пространство. Есть причина, по которой эти две вещи (пространство и пустота) часто называются одним и тем же словом «пространство». Большая часть нашей галактики полностью лишена материи, но она абсолютно полна энергии и взаимодействий чрезвычайно мощных объектов на расстоянии. Наше Солнце обладает гравитационным притяжением на безумном расстоянии. Поэтому, хотя некоторые «места» могут и не содержать вещества, они определённо содержат энергию и силу Солнца.
По материалам публикации (англ.).
Мнения комментаторов
Изначальным автором эскиза, который показывает атом в виде миниатюрной солнечной системы, с плотным ядром, похожим на крошечное скопление пузырьков, и электронов в виде сфер, вращающихся вокруг этого ядра, был Нильс Бор. Он сказал, что это всего лишь эскиз, а вовсе не точное представление атома! И он был абсолютно прав.
Электроны — это не объекты, а события. Электрон — это квантовое возбуждение электрического поля атома, а квантовое возбуждение — это одно полное колебание поля. Колеблющееся электрическое поле полностью окружает ядро. Никакого пустого пространства вообще нет!
Не верьте мне на слово, а взгляните на сгенерированное электронным микроскопом изображение множества атомов. Это изображение кажется находящимся «не в фокусе». Но дело вовсе не в фокусе — это колеблющиеся электрические поля. Они имеют размытую, нечёткую границу благодаря быстрым циклам расширения и сжатия.
***
Атомы заполнены электронами. В квантовой механике кинетическая энергия, по существу, является второй производной волновой функции. Это означает, что если частица определена, она обладает кинетической энергией, даже если она не движется. Таким образом, электроны заполняют весь атом.
Ядро может быть таким компактным, потому что протоны и нейтроны тяжёлые, и сильное ядерное взаимодействие соединяет их.
