Чому неможливо пройти крізь стіну, якщо атоми складаються переважно з порожнього простору? Фізики надали пояснення.

Основна маса атома складається з порожнечі. Проте певні матеріали виглядають твердими. Це явище можна роз'яснити за допомогою двох фізичних принципів.

У фантастичних стрічках можна спостерігати, як персонажі проходять через стіни, подібно до привидів. Однак у реальному житті це неможливо. Атоми, які є основними елементами матерії, в основному складаються з порожнього простору. У центрі атома розташоване крихітне ядро, розмір якого в 100 000 разів менший за сам атом, а електрони обертаються навколо нього на значній відстані. Чому ж люди не здатні проходити через стіни, і чому тверді об'єкти виглядають такими міцними? Є два фізичних принципи, які унеможливлюють проникнення через тверді речовини: електромагнітне відштовхування та принцип заборони Паулі, як зазначає Live Science.

У Фокус. Технології тепер має свій власний Telegram-канал! Приєднуйтесь, щоб бути в курсі найновіших та найцікавіших подій у царині науки!

Які елементи формують атом? Атом має мале ядро в середині, яке складається з протонів і нейтронів. На значній відстані від ядра обертаються електрони. Протони несуть позитивний заряд, тоді як електрони мають негативний. Завдяки цій електростатичній взаємодії частинки притягуються одна до одної, що забезпечує стабільність атома.

Фізик Рахім Хашмані з Вісконсинського університету в Мадісоні, США, пояснює, що в квантовій механіці електрони рухаються не по колу. Замість цього вони утворюють свого роду хмару, яка називається хмарою ймовірності. Ця хмара показує місця, де електрони знаходяться з найбільшою ймовірністю. Хмара робить зовнішні частини атома негативно зарядженими.

Фізик Стівен Ролстон з Університету штату Меріленд пояснює, що якщо людина спробує пройти через стіну, атоми її тіла виявлять атоми стіни та відштовхнуться один від одного. Цей процес називається електромагнітним відштовхуванням і нагадує взаємодію однакових полюсів магніту.

Коли електрони проходять крізь стіну, вони взаємодіють через електромагнітні хвилі. Ці хвилі є складовою частиною сил, що запобігають накладенню атомів один на одного, завдяки чому тверді речовини зберігають свою міцність і відчуваються як тверді об'єкти.

Але що, якщо атоми зблизити ще більше? Саме тут вступає в дію принцип заборони Паулі. Він свідчить, що частинки, відомі як ферміони, не можуть перебувати в одному й тому самому енергетичному стані або в одному й тому самому місці одночасно. Електрони є ферміонами.

За словами Хашмані, коли ці електронні хмари починають наближатися одна до одної, вони накладаються, що дозволяє двом електронам займати один і той же фізичний об'єм. Проте, відповідно до принципу заборони Паулі, така ситуація є неможливою.

Принцип заборони Паулі та електромагнітне відштовхування заважають атомам займати один і той же фізичний об'єм. Без цих фундаментальних фізичних законів тверді тіла, як ми їх сприймаємо, не змогли б зберегти свою структуру. У рідинах і газах атоми мають більшу свободу для переміщення, проте основні правила залишаються незмінними. Вони перешкоджають перекриттю атомів, проте дозволяють їм вільно переміщатися.

Хоча перетворення об'єктів один в одного в реальному житті майже неможливе, квантова механіка свідчить про те, що теоретично існує незначна ймовірність такої події.

Електрони не поводяться як крихітні тверді кульки. Вони також поводяться як хвилі, і ці хвилі іноді можуть долати фізичні бар'єри. Наприклад, хвиля, що представляє частинку, стикається зі стіною, для подолання якої у частинки не вистачає енергії. За словами Хашмані, у класичній механіці хвиля б просто відскочила. Але у квантовій механіці хвиля не зупиняється раптово. Замість цього вона починає експоненціально затухати, потрапляючи у фізичний бар'єр. Якщо стіна досить тонка, то хвиля частково може перебувати на іншій стороні стіни. Оскільки хвиля представляє ймовірність того, де може перебувати частинка, існує крихітна ймовірність того, що частинка з'явиться на іншій стороні. Це називається квантовим тунелюванням.

Проте, за словами фізиків, імовірність того, що людина пройде крізь стіну цілком, фактично майже дорівнює нулю. Тобто це нескінченно маленька ймовірність.

Як повідомляв Фокус, астрономи визначили дату, коли активна фаза чорної діри в серці Чумацького Шляху відновиться, і які наслідки це матиме для Землі. У центрі нашої галактики розташована величезна надмасивна чорна діра, яка наразі не проявляє активності. Проте вчені виявили, коли чорна діра Стрілець А* знову почне діяти, і як це може вплинути на всю галактику.

Також Фокус писав про те, що дослідження фізиків припускає, що великі планети можуть перетворюватися на чорні діри за допомогою темної матерії.