هل الذرات في الواقع تلمس بعضها البعض؟

 

تعتمد الإجابة على ما تعنيه بـ "اللمس". هناك ثلاثة معاني محتملة للمس على المستوى الذري: 

•  يؤثر جسمان على بعضهما البعض .
• جسمان يؤثران على بعضهما البعض بشكل كبير.
• كائنان موجودان في نفس الموقع بالضبط. 

لاحظ أن مفهوم اللمس الدائم (أي الحدود الصلبة لكائنين في نفس الموقع) لا معنى له على المستوى الذري لأن الذرات ليس لها حدود صلبة. الذرات ليست كرات صلبة في الحقيقة. وهي عبارة عن غيوم احتمالية كمومية ضبابية مليئة بالإلكترونات منتشرة في أشكال تشبه السحب وهي تلوح بأشكال تسمى "المدارات". مثل السحابة في السماء ، يمكن أن يكون للذرة شكل وموقع دون حدود صلبة. هذا ممكن لأن الذرة بها مناطق عالية الكثافة ومناطق منخفضة الكثافة. عندما نقول أن الذرة تجلس عند النقطة أ ،في الغالب في المربع. يتسرب جزء من الدالة الموجية للإلكترون عبر جدران الصندوق ويخرج إلى ما لا نهاية. هذا يجعل تأثير النفق الكمي ممكنًا ، والذي يستخدم في مسح المجاهر النفقية. مع وضع الطبيعة غير الصلبة للذرات في الاعتبار ، دعونا نلقي نظرة على كل من المعاني المحتملة للمس.

1.إذا تم اعتبار "اللمس" على أنه يعني أن ذرتين تؤثران على بعضهما البعض ، فإن الذرات تلامس دائمًا. لا تزال هناك تداخل في وظائف الموجات بين ذرتين متباعدتين بمسافة ميل واحد. سيكون اتساع دالة الموجة لإحدى الذرات عند النقطة التي تتداخل فيها مع مركز الذرة الأخرى صغيرًا بشكل يبعث على السخرية إذا كانت المسافة بينهما ميلًا ، لكنها لن تكون صفراً. من حيث المبدأ ، تؤثر ذرتان على بعضهما البعض بغض النظر عن مكان وجودهما في الكون لأنها تمتد في جميع الاتجاهات. من الناحية العملية ، إذا كانت المسافة بين ذرتين أكثر من بضع نانومترات ، فإن تأثيرهما على بعضهما البعض يصبح عادةً صغيرًا جدًا بحيث يطغى عليه تأثير الذرات الأقرب. لذلك ، على الرغم من أن ذرتين على بعد ميل قد تلامسان تقنيًا (إذا حددنا اللمس على أنه تداخل وظائف الموجة الذرية) ،

ما هذا "المؤثر"؟ في العالم المادي ، هناك أربع طرق أساسية فقط يمكن للأجسام من خلالها التأثير على بعضها البعض: من خلال القوة الكهرومغناطيسية ، ومن خلال القوة النووية القوية ، ومن خلال القوة النووية الضعيفة ، ومن خلال قوة الجاذبية. ترتبط النيوترونات والبروتونات التي تشكل نواة الذرة ببعضها البعض وتخضع لتفاعلات عبر القوتين النوويتين. ترتبط الإلكترونات التي تشكل باقي الذرة بالنواة بواسطة القوة الكهرومغناطيسية. ترتبط الذرات بجزيئات ، وترتبط الجزيئات بالأشياء اليومية بواسطة القوة الكهرومغناطيسية. أخيرًا ، الكواكب (بالإضافة إلى الأجسام الفلكية الكبيرة الأخرى) والأجسام العيانية على سطح الكوكب مرتبطة ببعضها البعض بواسطة الجاذبية. إذا كانت ذرتان منفصلتان عن بعضهما البعض على بعد متر ، فإنهما تلامسان بعضهما البعض من خلال القوى الأساسية الأربعة. ومع ذلك ، بالنسبة للذرات النموذجية ، تميل القوة الكهرومغناطيسية إلى السيطرة على القوى الأخرى. إلى ماذا يؤدي هذا اللمس؟ إذا كانت ذرتان متباعدتان جدًا ، فإن تفاعلهما يكون ضعيفًا جدًا مقارنة بالأجسام المحيطة الأخرى بحيث لا يصل إلى أي شيء. عندما تقترب الذرتان بدرجة كافية ، يمكن أن يؤدي هذا التفاعل إلى العديد من الأشياء. يمكن تلخيص مجال الكيمياء بأكمله على أنه دراسة جميع الأشياء المثيرة للاهتمام التي تحدث عندما تقترب الذرات بما يكفي للتأثير على بعضها البعض كهرومغناطيسيًا. إذا كانت ذرتان غير تفاعليتين ولا تشكلان روابط تساهمية أو أيونية أو هيدروجينية ، فإن تفاعلهما الكهرومغناطيسي عادة ما يأخذ شكل قوة فان دير وولز. في تأثير Van der Walls ، تقترب ذرتان من بعضهما البعض لإحداث لحظات ثنائية القطب في بعضهما البعض ، ثم تجتذب ثنائيات الأقطاب بعضها البعض بشكل ضعيف من خلال التجاذب الكهروستاتيكي. في حين أن العبارة القائلة بأن "جميع الذرات على الكوكب تلامس دائمًا جميع الذرات الأخرى على الكوكب" صحيحة تمامًا وفقًا لهذا التعريف للمس ، فإنها ليست مفيدة جدًا. بدلاً من ذلك ، يمكننا تحديد محيط فعال يحتوي على معظم الذرة بشكل تعسفي ، ثم نقول إن أي جزء من الذرة يمتد إلى ما بعد ذلك المحيط لا يستحق الملاحظة. هذا يأخذنا إلى تعريفنا التالي للمس. ثم نقول إن أي جزء من الذرة يمتد إلى ما وراء ذلك المحيط لا يستحق الملاحظة. هذا يأخذنا إلى تعريفنا التالي للمس. ثم نقول إن أي جزء من الذرة يمتد إلى ما وراء ذلك المحيط لا يستحق الملاحظة. هذا يأخذنا إلى تعريفنا التالي للمس.

2.إذا تم اعتبار "اللمس" على أنه يعني أن ذرتين تؤثران على بعضهما البعض بشكل كبير ، فعندئذٍ تتلامس الذرات بالفعل ، ولكن فقط عندما تقترب بدرجة كافية. المشكلة هي أن ما يشكل "ذات مغزى" مفتوح للتفسير. على سبيل المثال ، يمكننا تحديد المحيط الخارجي للذرة على أنه السطح الرياضي الذي يحتوي على 95٪ من كتلة إلكترون الذرة. كما يجب أن يكون واضحًا في هذه المرحلة ، فإن المحيط الذي يحتوي على 100٪ من الذرة سيكون أكبر من الأرض. مع وجود 95٪ من كثافة احتمال الإلكترون للذرة في هذا السطح الرياضي ، يمكننا القول أن الذرات لا تتلامس حتى تبدأ مناطقها البالغة 95٪ في التداخل. هناك طريقة أخرى لتعيين حافة فعالة للذرة وهي أن نقول إنها موجودة في منتصف الطريق بين ذرتين مترابطتين تساهميًا. على سبيل المثال،2 جزيء لها مراكز مفصولة بـ 50 بيكومتر. يمكن اعتبارها "مؤثرة" عند هذا الفصل. في هذا النهج ، تتلامس الذرات متى كانت قريبة بما يكفي لتكوين رابطة كيميائية محتملة.

3. إذا تم أخذ "اللمس" على أنه يعني أن ذرتين تقيمان في نفس المكان بالضبط ، فإن ذرتين لا تلمس أبدًا في درجة حرارة الغرفة بسبب مبدأ استبعاد باولي. مبدأ استبعاد باولي هو ما يمنع كل الذرات في أجسامنا من الانهيار إلى نقطة واحدة. ومن المثير للاهتمام ، أنه في درجات حرارة منخفضة للغاية ، يمكن إقناع ذرات معينة في نفس المكان بالضبط. تُعرف النتيجة بتكثيف بوز-آينشتاين.

مرة أخرى ، لا تتلامس الذرات أبدًا بالمعنى اليومي للكلمة لسبب بسيط هو أنها لا تمتلك حدودًا صعبة. لكن بكل معنى آخر لكلمة "اللمس" التي لها معنى على المستوى الذري ، تتلامس الذرات بالتأكيد.