El espacio puede estar vacío dependiendo de qué tan rápido lo observe. Sé que es una declaración extraña, pero esto es a lo que la Mecánica Cuántica ha llevado filosóficamente, y fenómenos observables como el efecto casimir se describen (hasta ahora) únicamente por esta idea de que hay partículas virtuales en el espacio vacío.
Los protones (del núcleo) y los electrones emiten y absorben constantemente fotones (que son las partículas virtuales de la fuerza electromagnética), por lo que existen muchos fotones entre los dos. Esta emisión y absorción de fotones es lo que mantiene el electrón unido a los protones en el núcleo.
Pero más importante que eso es (volviendo a mi primer párrafo y la extraña idea de que en ciertas escalas de tiempo el espacio no está vacío) incluso en las regiones que creemos que son espacios vacíos, hay un montón de partículas virtuales que entran y salen de la existencia en muy poco tiempo. escalas de tiempo pequeñas. Es posible que haya oído hablar del Principio de incertidumbre. Bueno, el Principio de Incertidumbre dice que la incertidumbre en la Energía multiplicada por la incertidumbre en el Tiempo no puede ser cero, debe ser mayor que 10 ^ -34 J * s.
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Esto básicamente significa que si observa una región del espacio en una escala de tiempo muy pequeña (alrededor de 10 ^ -18 segundos, eso es una billonésima parte de una billonésima de segundo; lo que creo que somos incapaces de hacer hoy excepto teóricamente) entonces usted No verá el espacio vacío. En cambio, el espacio se llenará con muchas cosas, y cuando digo muchas cosas me refiero a que se llenará por completo de cosas.
Además, los electrones en realidad no giran alrededor del núcleo. Los electrones se deslocalizan y forman esta nube. Significa que el electrón deja de ser una partícula (ya que una partícula solo existe en un lugar) y comienza a ser una onda que existe en un montón de lugares diferentes con probabilidades muy específicas para cada parte.
Puede ver una imagen de cómo se ve para los Orbitales de Hidrógeno:
No creo que realmente hayan descubierto cómo son los orbitales para otros átomos. Creo que los físicos y los químicos solo dicen que esos orbitales deberían ser similares a los orbitales de hidrógeno y luego hacen modelos a partir de eso.