Если атомы почти «пустые», то почему тела не проходят сквозь друг друга

То, что представляется естественным и само собой разумеющимся, при близком и внимательном рассмотрении должно показаться едва ли не чудом. Например, плотность земной поверхности, по которой мы ходим, или твердость дверей и стен, которые нас защищают от холода, ветра и непрошеных гостей. Как известно, все окружающие нас предметы состоят из атомов. В свою очередь, атомы состоят из протонно-нейтронного ядра и обращающихся вокруг него электронов.

Однако если бы мы могли рассмотреть структуру атома в микроскоп в реальном масштабе, то увидели бы, что она очень похожа на структуру Солнечной системы.

В центре атома находится массивное и большое ядро, а вокруг него на огромном расстоянии, опять же в масштабе, находятся орбиты очень легких, почти что эфемерных электронов, размер которых едва ли можно определить.




Из этой картины выходит, что почти вся масса сосредоточена в ядре атома, а сам атом на 99 процентов пуст! И так с триллионами атомов. А если атомы почти пусты, то все, что нас окружает, состоит по большей части из пустоты.

Теоретически это означает, что большинство тел, включая нас с вами, должны проходить сквозь друг друга. И это вовсе не фантастика. Так, опыт Эрнеста Резерфорда с ядрами гелия со всей наглядностью показал, что последние могут свободно проходить сквозь металлическую фольгу. Правда, это были частицы без электронов, но ведь их размер и масса несопоставимы с размером и массой атомных ядер.

Каким же образом атомы создают непроницаемость? Возможно, отталкивание электронов происходит из-за наличия у них электростатического поля?

В этом есть рациональное зерно, полевое взаимодействие существует, хотя физики до сих пор не могут точно сказать, что же представляют собой эти поля. Предполагается, что обмен в них осуществляется по типу «свой — чужой» посредством виртуальных квантов. Но есть и другое объяснение. Дело в том, что представление об атоме как о чем-то пустом является не совсем корректным. Электроны носятся вокруг ядер атомов хаотично, появляясь то там, то сям и образуя что-то вроде плотного облачка.

Чтобы один атом смог пройти сквозь другой, эти облачка должны на какое-то мгновение «синхронизироваться», что считается невозможным согласно принципу запрета Паули, утверждающему, что два электрона в одном атоме не могут одновременно делать одно и то же. И это касается всех частиц-фермионов. Когда тело оказывает давление на некую поверхность, электроны его атомов вынуждены переходить в незанятое положение, при этом высвобожденная энергия перехода на более высокую орбиту ощущается как сопротивление.