Si la mayoría del átomo es un espacio hueco, ¿por qué la materia no es penetrable o hueca?

Cuando la mayoría de la gente dice “espacio vacío”, significan vacío de partículas, como si las partículas fueran lo único que importa. Pero las partículas están asociadas con “campos” e interactúan con los campos. Los campos, como los campos electromagnéticos, impregnan todo el espacio. Debido a este espacio nunca está vacío. Siempre contiene campos, y los campos tienen energía. En la medida en que se pueda decir que somos sólidos, tenemos esta característica porque los campos mantienen cierta organización de las partículas. Algunos campos mantienen protones y neutrones en su lugar en los núcleos. Otros, particularmente los campos electromagnéticos nuevamente, mantienen los electrones en los orbitales para mantener la estructura en los átomos y las moléculas.

Las cosas nos parecen sólidas si otras cosas no pueden penetrar fácilmente a través de ellas y si mantienen una estructura bastante definida. Cuando se empuja algo contra un material “sólido”, los campos electromagnéticos cerca de la superficie del sólido empujan contra las partículas y los campos electromagnéticos del otro objeto y dificultan la penetración.

Considere la relación del tamaño de los objetos típicos con la longitud de onda de la luz. A continuación se enumeran los tamaños aproximados (diámetros) en metros de objetos típicos:

Visible para el ojo humano: cuerpo humano = 1, manzana = 1/10, avispa = 1/100, hormiga = 1/1000

Visible al microscopio óptico: cabello = 1 / 10,000 m, celda = 1 / 100,000 o 10 ^ {- 5}

Visible al microscopio electrónico: bacterias = 10 ^ {- 6), virus = 10 ^ {- 7}, ADN = 10 ^ {- 8}, molécula = 10 ^ {- 9}

Más pequeño aún: átomo = 10 ^ {- 10}, orbital de electrones = 10 ^ {- 11}.

Luego considere las diversas longitudes de onda y frecuencias asociadas del espectro de luz:

Primera radio y microondas:

La radio AM es 535 kHz-1.7 MHz

Alta frecuencia (HF): 100-10 m, 3-30 MHz

Frecuencia muy alta (VHF): 10-1 m, 30-300 MHz

Estaciones de TV 2 a 6: 54-88 MHz

Radio FM: 88-108 MHz

Estaciones de TV 7 a 13: 174-220 MHz

Frecuencia ultraalta (UHF): 1-1 / 10 m, 300 MHz-3 GHz

Teléfonos celulares: 824-849 MHz

GPS: 1,23 a 1,58 GHz

Frecuencia súper alta (SHF): 10-1 cm, 3-30 GHz

Frecuencia extremadamente alta (EHF): 1 cm-1 mm, 30-300 GHz

Siguiente luz visible (u es para micro):

Infrarrojo lejano (FIR): 1 mm-100 um, 300 GHz-3 THz

Infrarrojo medio (MIR): 100-10 um, 3-30 THz

Infrarrojo cercano (NIR): 10-1 um, 30-300 THz

Rojo: 620-750 nm, 400-484 THz

Naranja: 590-620 nm, 484-508 THz

Amarillo: 570-590 nm, 508-526 THz

Verde: 495-570 nm, 526-606 THz

Azul: 450-495 nm, 606-668 THz

Violeta: 380-450 nm, 668-789 THz

Casi ultravioleta (NUV): 1 um a 100 nm, 300 THz a 3 PHz

Finalmente, radiación ionizante:

Ultravioleta extremo (EUV): 100 nm a 10 nm, 3 PHz a 30 PHz

Rayos X suaves (SX): 10 nm a 1 nm a 100 pm, 30 PHz a 3 EHz

Radiografías duras (HX): 100 p.m. a 10 p.m., 3 EHz a 30 EHz

Rayos gamma (gamma griego): 10 p.m. a 1 p.m. a …, 30 EHz a …

Ahora para responder a sus preguntas. Primero, abordemos la opacidad de la materia. Según Richard Muller, la onda de electrones llena el espacio del átomo y los enlaces de electrones llenan el espacio entre las moléculas. Siendo leptones cargados, los electrones interactúan casi exclusivamente con la luz, sus pequeñas masas los dejan ligeramente susceptibles a la gravedad. Dado que “vemos” los objetos a través de la luz, y nuestros ojos están restringidos a su espectro visible (ver tabla anterior), no pueden resolver nada tan pequeño como un átomo o molécula con nuestros ojos; Incluso el microscopio óptico comparte esta limitación. Es decir, los objetos sólidos están compuestos de átomos y moléculas con diámetros inferiores a 100 nm, y el espectro de luz visible para nuestros ojos tiene longitudes de onda superiores a 300 nm. Los objetos que vemos son estructuras borrosas de estado sólido de varios colores.

¿Por qué los objetos se sienten sólidos y por qué no podemos caminar a través de las paredes? Sin embargo, no podemos caminar sobre el agua. Mientras que las paredes (objetos sólidos) y nuestros cuerpos contienen numerosos fluidos y gases, sus propiedades estructurales están definidas por sus asociaciones cristalinas o reticulares como macro moléculas. Estas asociaciones se hacen cumplir por enlaces relativamente fuertes que forjan objetos virtualmente más grandes con mayor afinidad interna, independientemente de otros objetos en nuestro entorno. Por lo tanto, nuestras grandes estructuras (nuestros cuerpos) no pueden pasar a través de los espacios mucho más pequeños (atómicos y moleculares) de la pared, y viceversa.

En el caso de caminar sobre el agua, el cuerpo y la superficie del agua están esencialmente unificados en su mayoría por dos fuerzas, la gravedad y la tensión. Ahora nuestra masa, sujeta a la gravedad, tiene suficiente aceleración para producir una presión a través de nuestra proyección estrecha en la superficie del agua para exceder la tensión superficial del agua, compuesta principalmente de moléculas independientes, y no logramos flotar y caer en el baño agua de Arquímedes. Sin embargo, si nos aplicamos y desarrollamos esquifes o incluso galeones de superficie suficiente para reducir nuestra presión sobre el mar, podemos permanecer en el aire y, con suerte, no simplemente a la deriva.

A pesar de lo que le han enseñado y de lo que aparece en la mayoría de los libros introductorios, la materia no es realmente un “espacio vacío”. La función de onda de electrones llena la mayor parte del átomo.

El concepto de espacio vacío proviene de la interpretación ahora desacreditada de “variable oculta” de la función de onda que afirmaba que el electrón era una partícula puntual oculta en el átomo, y que la función de onda era solo una descripción de probabilidad de dónde estaba realmente . Pero resulta que la teoría de la variable oculta hace predicciones diferentes que la alternativa “interpretación de Copenhague”, que establece que el electrón está en todas partes en la función de onda hasta que se detecta; entonces la función de onda colapsa.

La demostración más fácil para la interpretación de Copenhague es el experimento de difracción de electrones, en el que un electrón que se mueve hacia dos rendijas da un patrón en el otro lado de las rendijas que muestra que el electrón viajó a través de ambas rendijas simultáneamente. Vea el artículo de Wikipedia “Experimento de doble rendija”.

Las demostraciones más elaboradas de la interpretación de Copenhague se denominan experimentos de “enredo”.

No soy un físico, pero como me preguntaste … 1) qué “importa”, mientras caminas por la calle o nadas en el océano, estás “penetrando” la materia. Es solo materia en forma de gas y líquido. ¿Es un tubo “hueco”? A menos que esté en una cámara de vacío, está llena de aire. Entonces podría hacer el reverso de su pregunta: ¿por qué un recipiente “vacío” contiene “materia” cuando parece “hueco”? 2) para materia sólida (para llegar a su punto): la diferencia entre líquidos, gases y sólidos es el número de átomos / metro cúbico. En escalas cósmicas, la diferencia entre nuestro sol, una estrella de neutrones y un agujero negro es una densidad relativa similar. Aunque el sol parece masivo (¡y lo es!), Sus átomos se pueden comprimir en un espacio mucho más pequeño. E incluso después de esa compresión, puede ocurrir una mayor eliminación del espacio vacío, aumentando la densidad aún más (inimaginablemente). No solo no puedes penetrar tal materia, su fuerza gravitacional desintegra otra materia que se acerca a ella. Así que todo es una “materia” (¡ja!) De densidad relativa: a medida que los átomos se comprimen, la forma de la materia que nos presentan adquiere diferentes propiedades. A la densidad de los sólidos en este planeta, no puede pasar la mano a través de los sólidos, porque los electrones se mueven tan rápido, tan cerca uno del otro que nuestros cuerpos (más o menos sólidos, aunque contienen líquidos y gases significativos), dicen , nuestra mano, siente la resistencia de todos esos pequeños zumbidos, tan cerca uno del otro e interpreta eso como “sólido”.

Hay muchos fenómenos en la materia que nos hacen sólidos. Los átomos por sí mismos son estables debido a un efecto mecánico cuántico llamado desigualdad de Sobolev (una versión mejorada de los principios de Heisenberg). Debido a esta desigualdad, los átomos tienen un estado fundamental finito estable y no implosionan al tirar de todos los electrones dentro del núcleo. Cuando tienes muchos electrones y átomos, las reglas estadísticas cuánticas como el principio de exclusión de Pauli aseguran que no todos los electrones y los núcleos se amontonen. Esto le da a los átomos su tamaño y le da estructura a la materia. La estabilidad termodinámica de los átomos se debe a los efectos de mayor alcance del potencial de Coulomb y la detección eléctrica del núcleo por los electrones. Esto le da a todos los átomos sus propiedades químicas y estabilidad.

Para una discusión técnica ver: http://ergodic.ugr.es/statphys/b …

Pregunta muy interesante, pero me temo que nadie lo ha hecho bien hasta ahora. La solución es la mecánica cuántica.
Es por el Principio de incertidumbre de Heisenberg y el Principio de exclusión de Pauli.
Heisenberg le dice que un estado de electrones debe ocupar efectivamente un volumen hbar en el espacio de fase. Pauli te dice que esos volúmenes para diferentes electrones no pueden solaparse. Entonces, en un volumen finito, si desea colocar más electrones (que pueden tener la forma de cualquier material), tienen que ocupar niveles de energía más altos. Terminas con todos los niveles hasta que se llena la energía fermi. Si intentas aplastarlos en un volumen espacial más pequeño, todas esas energías tendrán que aumentar, de ahí la presión. Por lo tanto, aunque los átomos tienen un 99.99999999% de vacío. Sin embargo, no puede mover su mano a través de su escritorio.

Esto es desde una visión contraria del Universo llamada Teoría del Universo Hipergeométrico (HU). Hay un punto de vista llamado Interpretación de Copenhague que establece que los electrones realmente llenan el espacio alrededor del núcleo. Para que la materia permanezca sólida, esa no es la única interpretación.

Las objeciones a esta interpretación alternativa:

a) Experimento de doble rendija

b) Enredo de polarización (Spin)

puede ser despedido por:

a) Se puede (debería) reemplazar por una extensión del modelo de onda piloto de Bohm-de Broglie. Bajo este modelo, el electrón pasaría a través de una ranura y la onda pasaría a través de ambas. Después de la hendidura, la onda interferiría consigo misma e interactuaría con el electrón dirigiéndole a depositarse en un patrón interferométrico. Esta es casi la interpretación de HU de este proceso. Los pequeños matices son importantes y se pueden entender leyendo la teoría:

Llamé a sus madres gordas !!! por Marco Pereira en iBooks

b) La correlación de la polarización del giro puede explicarse fácilmente si considera la naturaleza de la señal que lleva el par necesario para correlacionar los giros. Una velocidad de propagación mucho mayor para esa señal explicaría siempre la correlación en el origen sin ningún problema.

HU propone que la llamada función de onda sea el lugar de las huellas de los dilatadores en la hiperesfera hiperesférica 3D (HU modela el universo 3D como la hiperesuperficie de una hiperesfera en expansión de velocidad de la luz; esta teoría está de acuerdo con Supernova Survey Data y explica la Universo sin teoría de la inflación, materia oscura y energía oscura).

La adopción de la Interpretación de Copenhague es lo que nos hizo pasar por alto una fuerza real en la naturaleza (a diferencia de las construcciones Fuerzas fuertes y débiles). Esta fuerza se llama Fuerza de Broglie dentro de la UH.

RESUMEN

Todo lo que escuchaste está mal. Con respecto a su pregunta, los átomos son huecos: los electrones aparecen aquí y allá a medida que se mueven y eso es suficiente para mantener la materia estable y con un aspecto sólido.

Por cierto, en mi teoría, los electrones, los protones, los positrones y los antiprotones son solo las cuatro fases de una coherencia de deformación métrica local que cambia de forma y que viaja a la velocidad de la luz radialmente (perpendicular a nuestro universo 3D) mientras gira dentro del múltiple 4D. Estas coherencias que cambian de forma crean ondas (dilatons) que transportan las fuerzas y controlan su dinámica.

En HU, el Universo es estroboscópico, es decir, la interacción solo ocurre en fases específicas del giro del dilatador.

Y TODO EL UNIVERSO VIAJA A LA VELOCIDAD DE LA LUZ PERPENDICULAMENTE A SÍ MISMO (DIRECCIÓN RADIAL) Y LA VELOCIDAD REAL DE LA LUZ ES SQRT (2) * C.

Intento facilitar que las personas reconozcan los puntos de discordia entre HU y la visión actual del Universo. Por si acaso, tienen una perspectiva diferente.

A continuación se muestran las predicciones (HU no tiene parámetros) para la posición de las explosiones de supernova y su Redshift.

Como puede ver, las hipótesis escandalosas (topología hipersférica, movimiento radial a la velocidad de la luz) explican bastante bien el Universo. Mejor que la teoría de la inflación (con la parametrización Dark Matter y Dark Energy) y la relatividad general (Cosmologías de Friedmann-Lemaitre).

HU también predice correctamente la precesión del mercurio y la lente gravitacional y permite la derivación de las constantes cosmológicas y las leyes naturales a partir de los primeros principios y explica el POR QUÉ para restringir la relatividad. Esto significa que esta teoría es más fundamental que las que tenemos ahora.

PD: esta teoría ha sido censurada durante 12 años. Por favor, vote de manera tal que pueda formar parte de la discusión. Además, no dude en hacer preguntas de seguimiento aquí o en mi blog Hypergeometrical Universe

¿Alguna vez compró una bolsa grande de papas fritas, solo para llegar a casa y encontrar una pequeña cantidad en el fondo? Notarás renuncias como “este producto se vende por peso, no por volumen”. Los átomos son un poco así. Las partículas que dan peso a los átomos (masa), los protones, los neutrones y los electrones, por sí mismos contribuyen a su volumen en una cantidad insignificante. Su volumen está “lleno” por los campos electromagnéticos que generan, especialmente los generados por los electrones. Son estos campos los que los hacen sólidos, porque los campos negativos generados por los electrones repelerán a otros átomos con sus campos electromagnéticos negativos. Esto también explica por qué las partículas sin carga pueden pasar fácilmente a través de los átomos, solo las partículas cargadas interactúan con estos campos.

Propiedades sólidas como:
[Compresión]: hay una fuerza repulsiva de corto alcance entre átomos / moléculas.
Ejemplo: intente empujar dos imanes fuertes uno contra el otro (con polos similares uno frente al otro). Queda algo de espacio entre los imanes, pero aún así parece que no puedes empujar más y, por lo tanto, el comportamiento sólido.

[Tensión]: los átomos y las moléculas se atraen entre sí. Hay una fuerza atractiva de largo alcance entre las moléculas. Si forman enlaces, entonces la atracción es aún mayor.

Resumen: Podemos estudiarlo en términos de fuerzas, minimización de energía y otras construcciones matemáticas, pero es lo que es. No se me ocurre ninguna respuesta al “por qué”.

A decir de todos, vivimos en una especie de Nada. La materia es “menos real” que el impulso (piense en Dust Man de la película Spider-man). La realidad parece ser bidimensional, pero ¿qué pasa si en realidad es unidimensional? Nadie sabe qué es la energía. Por ejemplo, ¿qué significa la afirmación de que la energía total es cero? El tiempo no existe, y según todas las explicaciones, la gravedad tampoco existe (en el sentido de “espacio-tiempo” doblado “; asumir que el” espacio-tiempo “está doblado implica que tiene propiedades propias, lo que implica además que el” espacio-tiempo “tendría” doblar hacia atrás “en cualquier intento de” doblarse “-reductio ad absurdum).

La teoría más cercana para explicar todo es el Modelo teórico cognitivo del universo (CTMU) de Christopher Langan. ¿La posibilidad, por su autorrealización, se vuelve más real de lo que era? (Jean Paul Sartre, Filosofía de la existencia). Principio Plus de preservación de la Unidad.

Bueno, “sólido” está en el ojo del espectador.

Para un neutrino, no somos sólidos en absoluto. De hecho, desde la perspectiva de un neutrino, bien podríamos no estar allí; nuestros cuerpos son apenas diferentes de un vacío perfecto en lo que respecta a un neutrino.

Pero para otras personas hechas del mismo tipo de cosas (átomos) de las que estamos hechos … las mismas fuerzas (electromagnéticas) que mantienen unidos a nuestros átomos también mantienen a otros átomos fuera.

O trate de mantenerlos fuera, de todos modos. Su cuerpo no se comporta exactamente como un sólido cuando es penetrado por los átomos de un cuchillo o bala de asesino, por ejemplo.

Déjame responder a esto de una manera divertida.

Un condominio de 2 dormitorios puede acomodar a 2000 personas si todas esas 2000 personas están empacadas como en un tren en un país asiático (por ejemplo). Por lo tanto, toda la población del mundo puede alojarse en unos pocos miles de condominios en una sola ciudad.

¿Por qué esto no está sucediendo?

• Todos quieren vivir como un rey o una reina.
• Nadie quiere vivir como un cadáver muerto.
• Habrá mucho sudor y disputas, si las personas se empacan demasiado bien.

Esos pequeños electrones, protones y neutrones son tan egoístas como nosotros los seres humanos. (O viceversa)

La materia es de hecho penetrable.

Intenta penetrar una delgada lámina de metal con partículas alfa. Estoy seguro de que la mayoría de las partículas alfa pasarían directamente. De hecho, un experimento similar (experimento de Geiger-Marsden) de Ernest Rutherford condujo al descubrimiento de núcleos en los átomos.

Responder :

Electromagnetismo.

El espacio vacío del que habla está protegido por un campo de electrones (nube) de electrones cargados negativamente. Resistirán a ser empujados juntos, como pequeños imanes con todos los polos alejándose del grabado.

De hecho, nunca has tocado nada sólido; solo has sentido la repulsión electromagnética de los electrones, por extraño que parezca.

Podrías atravesar paredes si tuvieras electrones cargados positivamente. De hecho, caerías libremente por el suelo.

Pero usted y todo lo que está hecho de materia tiene electrones cargados negativamente. Los electrones que rodean los átomos del nucleolo se repelen entre sí, lo que nos da la ilusión de que la mayor parte de la materia es sólida.

A pesar del nombre, las “partículas” no se comportan como bolitas. Tiene poco sentido hablar sobre la estructura de un átomo o partícula subatómica. Incluso el radio se define de manera algo diferente a como sugiere su intuición.

Cuando comienzas a sondear una partícula a escalas de longitud muy pequeña (altas energías) se convierte en muchas partículas. La longitud a la que comienza esto se conoce como el radio.

Todo esto está firmemente en el ámbito de la física cuántica, por lo que cualquier razonamiento clásico sobre los átomos probablemente sea incorrecto.

Siempre pensé que era por la misma razón por la que no puedes literalmente ‘tocar’ algo: repulsión electrostática. Para que un electrón en un átomo toque otro requeriría suficiente energía para crear un nuevo enlace o fusionar los átomos.

Las partículas no son “sólidas” en el sentido que quieres decir. Si estuvieras reducido al tamaño de una partícula, no verías objetos. A ese tamaño, hay campos que absorben / emiten fotones (también campos). Cuando los fotones interactúan con los campos en nuestras retinas, crean imágenes.

Los campos en nuestros dedos son repelidos por los campos en los objetos que tocamos, dando la impresión de solidez. Este es uno de los mejores trucos de la naturaleza. Tenemos una impresión mental de luz y tacto que se ha reducido a una forma que nuestros cerebros pueden captar.

Lo que hace que los objetos sólidos se sientan sólidos son los campos que se repelen entre sí.

Estoy ignorando la dualidad onda / partícula en esta respuesta.

Porque los átomos imponen un “área de exclusión” a su alrededor. No importa que sea principalmente un espacio vacío; otros átomos no pueden ir allí. Y, por el contrario, los átomos están bloqueados entre sí para que mantengan las áreas alejadas pero una contra la otra, de modo que otros átomos no puedan deslizarse a través de los huecos.

La materia es penetrable a pequeñas partículas sin carga como el neutrino.

Pero las partículas más grandes no pueden penetrar ya que el espacio hueco en el átomo es muy pequeño. En segundo lugar, múltiples capas de átomos están dispuestas en un cristal (lea HCP en el empaquetado cercano de esferas iguales) de modo que las partes huecas de los átomos no se superpongan entre sí. .