Есть такая популярная научпоп байка - "На самом деле мы никогда не трогаем ни один предмет".
Теоретическая её база заключается в том, что по сути прикосновение, которое мы себе представляем и ощущаем - это непосредственное сближение двух объектов и их прямой физический контакт. А реальные частицы так себя не могут повести.
Но интересная сторона проблемы тут в том, что вместе с вау-ситуацией, когда мы не знаем что и как проявляет себя на ощупь, скорее в том, что весь материальный мир устроен совсем не так, как нам кажется.
Давайте поковыряем этот вопрос. Тут много всего интересного и неожиданного.
Что вообще такое касание?
Итак, касание в макромире - это прямой процесс взаимодействия. Чтобы два бильярдных шарика соприкасались друг с другом нужно, чтобы расстояние между ними составляло 0 мм.
Кстати, тут тоже можно развернуть целую историю про бесконечно малые, но пока сконцентрируемся на другом аспекте проблемы.
Идею нулевого расстояния мы переносим на все привычные нам процессы. Если ты хочешь взять в руки что-то, то для этого нужно поднести руку к объекту, сжать её, уменьшить расстояние до условного 0 и схватить предмет. И тут начинается самое странное.
Вся суть этой байки заключается в том, что если мы рассмотрим структуру абсолютно любого тела, то прийдём к неожиданному выводу - каждый объект состоит из атомов, а атомы окружены электронами.
Электроны - это отрицательно заряженные одноименные частицы, которые по всем правилам отталкиваются друг от друга.
Проблема материального касания на глубине атомов
Таким образом получается, что абсолютно любое материальное касание не сводится к непосредственному взаимодействию атомов одного тела, участвующего в процессе, с атомами другого тела. Всегда это нечто, напоминающее поведение магнитов при их отталкивании. Наше же сознание умеет интерпретировать эти сигналы так, что мы чувствуем тактильные ощущения.
Ну а глаза не настолько совершенны, чтобы увидеть, что на самом деле между нашими пальцами и тем, что мы трогаем, остаётся приличное расстояние.
Помимо электростатического отталкивания тут срабатывает ещё и принцип запрета Паули.
Два одинаковых электрона не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии.
Когда атомы начинают почти соприкасаться, электроны двух атомов уже не могут свободно занимать свои привычные состояния. Чтобы соблюсти принцип Паули, части электронов пришлось бы перейти на состояния с большей энергией.
Природа этому сопротивляется. В результате возникает очень мощная сила, которую называют обменным или паулиевским отталкиванием.
Именно она в основном отвечает за то, что стол не проваливается под чашкой, ваша рука не проходит сквозь стену и даже алмаз настолько твердый.
Собственно, в какой-то мере такое отталкивание - неизбежное следствие нашей природы.
А что, если...
Если заставить атомы "соприкоснуться" то возможны разные сценарии и все они нам не очень полезны:
- При умеренном сжатии — резко возрастает энергия электронов из-за принципа Паули, и возникает колоссальное сопротивление сжатию.
- При экстремальном давлении (например, внутри белого карлика) — электронные оболочки разрушаются, электроны становятся общими для всего вещества.
- При еще больших давлениях (например, в нейтронной звезде) — электроны и протоны сливаются в нейтроны.
Не очень бы хотелось превращать столы и объекты, которые мы трогаем в нейтронную материю.
Так что да, в общем смысле высказывания из серии - за всю жизнь мы никогда ничего не трогаем работают очень даже похожим образом. Мы и правда ничего не трогаем. Но истинная суть тут куда более глубокая.
Разбор причин отталкиваний
Попробуйте, например, вдуматься в истинные причины существования электростатического отталкивания или запрета Паули.
В рамках квантовой электродинамики электрон не просто «создает поле». Он непрерывно взаимодействует с электромагнитным квантовым полем, испуская и поглощая виртуальные фотоны. Другой электрон тоже взаимодействует с этим полем. Именно этот обмен приводит к изменению импульсов частиц, что мы наблюдаем как силу отталкивания.
Важно понимать, что виртуальные фотоны — это не настоящие частицы света, летящие от одного электрона к другому. Это математическое описание взаимодействия в квантовой теории поля.
Правило запрета Паули ещё сложнее. Электроны обладают спином 1/2, а для таких частиц волновая функция обязана менять знак при перестановке двух частиц. Если попытаться поместить их в одинаковое состояние, волновая функция становится равной нулю. Это означает, что вероятность существования такого состояния равна нулю.
Именно поэтому электроны не могут «налезть» друг на друга. Не потому, что их что-то отталкивает, а потому, что такое состояние просто запрещено законами квантовой механики.
Что лежит глубже этого правила, современная физика пока не знает. Это один из фундаментальных законов природы.
Невозможность трогать - не самое важное
Материя как таковая сводится к некоторым странным состоянием. Мы увеличиваем в микроскоп структуру частицы. Видим, как она всё продолжает дробиться на кирпичики материи и в итоге подходим к состоянию, когда частицы как таковые пропадают и становятся колебаниями внутри поля и его возмущениями. А дальше происходит интересное.
Весь мир превращается в матрицу, где нет абсолютно никаких объектов. Все взаимодействия, как вы заметили, описываются через интересные волновые эффекты и мы чётко видим только одно - любой тело, любое объект, любое взаимодействие есть что-то типа цифрового шума в осциллографе. И, пожалуй, всё это куда важнее, чем то, что мы не можем потрогать ничего вообще. Это база миропонимания, а постичь мы её можем лишь благодаря нашей наблюдательности.
Полезно почитать всякие ещё вот здесь.
Не забывайте ставить лайки статье и подписываться! Это очень важно для развития проекта, а вы будете видеть ещё больше интересных статей в ленте! На канале есть премиум, где много интересного.