Идея проходить сквозь стены давно живёт в фантастике: герой делает шаг — и оказывается по другую сторону препятствия. Но в реальности этот трюк невозможен, хотя кажется, что физика должна быть на нашей стороне. Ведь атомы почти полностью состоят из пустоты. Если пространство между их частями столь огромно, что же мешает нам «проскользнуть» между ними, как призракам?
Ответ оказывается куда интереснее, чем простой запрет природы: нашу повседневную устойчивость обеспечивают два фундаментальных закона — электростатическое отталкивание и принцип Паули.
Атом — не миниатюрная планета с электронными спутниками, как рисуют школьные схемы. Электрон не вращается по орбите, а образует размытое облако вероятности — область, где он может находиться. Это облако создаёт внешний отрицательный заряд атома. Когда атомы нашего тела приближаются к атомам стены, их электронные оболочки начинают отталкиваться, словно магниты с одинаковыми полюсами. Это и создаёт ту самую «твердость», которую мы ощущаем ладонью.
Но даже если гипотетически подавить это отталкивание, есть ещё один непреложный запрет — принцип Паули. Электроны, как и другие фермионы, не могут находиться в одном квантовом состоянии в одном месте. Когда электронные облака пытаются перекрыться, природа просто не позволяет этому случиться. Именно этот принцип делает возможной химическую структуру мира, существование сложных атомов и стабильность материи.
Интересно, что эти же два закона позволяют нам не проваливаться сквозь пол ночью и не проходить сквозь своё же кресло. Твёрдость — не свойство вещества само по себе, а результат невидимых сил, которые работают каждую долю секунды.
Но квантовая механика любит сюрпризы. В микромире существует эффект туннелирования: волновая природа частиц позволяет им «просачиваться» сквозь потенциальные барьеры, если те достаточно тонкие. Это похоже на то, как слабый звук всё же проходит через стену, хотя она кажется плотной. Электроны, протоны и другие частицы действительно могут оказаться по ту сторону препятствия, даже если классическая физика запрещает им это.
Однако вероятность того, что целый человек протуннелирует через стену, практически равна нулю — она настолько мизерна, что за время существования Вселенной подобное событие не произошло бы ни разу. Есть популярная оценка: шанс пройти сквозь стену меньше, чем вероятность того, что все молекулы воздуха вдруг соберутся в углу комнаты, оставив вас в вакууме.
Любопытный факт: эффект туннелирования лежит в основе работы флеш-памяти, ядерных реакций в звёздах и даже некоторых биохимических процессов в живых организмах. То, что не работает для людей, прекрасно работает для электронов.
Так что, несмотря на то что атомы полны пустоты, стены остаются для нас непреодолимыми. Но именно эта «непроходимость» делает возможным наш мир: от прочности стола до надёжности собственного тела. Законы природы не позволяют нам проходить сквозь материю — и в этом есть своя тихая, но важная гармония.
Нужно оборудование?
Звоните: 8 (800) 777-23-97
Точных Вам измерений!