¿Por qué podemos retener la materia cuando hay tanto espacio vacío en los átomos de los que está compuesta?

En los materiales que consideramos “sólidos”, los átomos están muy juntos. Pueden formar una especie de celosía abierta (como con hielo) en lugar de apilarse lo más cerca posible (como con vidrio). Pero básicamente los átomos se tocan entre sí.

La razón por la que los átomos no se pueden juntar, a pesar de ser principalmente un espacio vacío, es la misma razón por la que se dice que los átomos ocupan cualquier espacio. Es decir, los electrones que podemos considerar de manera simple como volando alrededor del núcleo del átomo, de hecho, forman “orbitales” que tienen formas definidas.

Los electrones en estos orbitales probablemente no están volando en forma de partículas, sino que toman una especie de onda. Estos orbitales no se pueden comprimir mucho.

Los átomos que se presionan juntos se presionan fuertemente entre sí, resistiendo abruptamente la compresión adicional. Esto se conoce como repulsión de Pauli, y puede considerarse como una consecuencia de varios factores separados que trabajan juntos, como la carga de electrones, las propiedades ondulatorias de los electrones y la energía cinética de los electrones.

Entonces la materia se siente sólida porque en realidad es sólida. Es sólido por razones que nos sorprenden. Tendemos a pensar que los átomos son en su mayoría espacios vacíos en gran parte porque tendemos a pensar en los electrones como partículas, lo que no son, al menos no siempre.

Algunos tipos de partículas pequeñas no se ven afectadas por la carga de electrones, por lo que no sienten esta repulsión de Pauli cuando pasan a través de un orbital de electrones. Pero luego consideramos los núcleos de los átomos como “sólidos” y, sin embargo, los neutrinos generalmente pasan a través de los núcleos como si no estuvieran allí también.

Así que “sólido” es un término un poco relativo aquí, y “espacio vacío” es un poco engañoso.

Parafraseando al gran Yoda del episodio 5 de Star Wars, sentimos la “fuerza”. Es decir, la fuerza nuclear fuerte. No prefiero la analogía del imán, pero para esta pregunta es suficiente: sientes la repulsión de dos imanes con carga opuesta, pero la fuerza impregna el espacio vacío. Lo mismo ocurre con la unión molecular de las puntas de los dedos que reaccionan a la superficie que está tocando. Químicamente, se está produciendo una reacción insignificante. No vas a fusionar con esta superficie, sino que te repeles. Esto es lo que sientes.

Si tomas un cuerpo de metal y lo acercas a un imán, es natural que se vea atraído hacia él, mientras que si traes otro imán, puede repelerlo (si los polos son iguales). Cuando se aplica una fuerza magnética sobre un cuerpo, en realidad no vemos la fuerza, pero podemos sentirla. Del mismo modo, la fuerza interatómica muy fuerte entre los átomos los mantiene unidos y evita que se descompongan fácilmente.

Hay campos de fuerza en este espacio vacío.

Eléctrico y otros dos al menos.