Якщо атоми здебільшого порожні, чому речі тверді на дотик і на вигляд?
Щоб зрозуміти це, нам потрібно розглянути електрони. На жаль, в школі ми все вчимо спрощено- електрони насправді не обертаються навколо центру атома, як планети навколо сонця. Електрони можна уявити у вигляді рою бджіл чи зграї птахів, окремі рухи яких занадто швидкі, щоб їх можна було вловити, але ви все ще бачите загальну форму цього рою.
«Танець» електронів.
На ділі, електрони танцюють - і немає слова краще, щоб описати цей процес. Але це не випадковий танець - швидше, бальний танець, в якому електрони рухаються за певними схемами, слідуючи крокам, установленим математичним рівнянням імені Ервіна Шредінгера.
Ці схеми, моделі можуть відрізнятися - деякі повільні і ніжні, як вальс, інші швидкі та енергійні, як бугі. Кожен електрон дотримується однієї і тієї ж схеми, але іноді може переключитися на іншу, якщо жоден інший електрон ще цю схему не виконує. Ніякі два електрони в атомі не можуть рухатися однаково: це правило називається принципом заборони, принципом Паулі.
Хоча електрони ніколи не втомлюються, перехід на більш швидкий крок вимагає енергії. І коли електрон переходить на повільну схему, він втрачає енергію. Тому коли енергія у вигляді світла падає на електрон, він може поглинути деяку енергію і перейти до більш швидкого, високого «танцю». Промінь світла не проходить через ваш стіл, тому що електрони в усіх атомах намагаються захопити трохи енергії у світла.
Через деякий час вони втрачають отриману енергію, іноді у вигляді того ж світла. Зміни в характері поглинання і відбивання світла дає нам зображення і колір - тому ми бачимо стіл у вигляді твердого об'єкта.
Опір при дотику.
Чому ж стіл твердий і на дотик? Можливо, ви чули, що це відбувається через відштовхування - що два негативно заряджених об'єкта повинні відштовхувати один одного. Але в даному прикладі це не так. Твердий стіл теж через танцюючі електрони.
Якщо доторкнутися до столу, електрони з атомів в ваших пальцях виявляться близько до електронів в атомах столу. І коли електрони в одному атомі наближаються до ядра в іншому, схема їх танців змінюється. Тому що електрон в низькоенергетичному стані біля одного ядра не може робити те ж саме біля іншого - це місце вже зайнято. Новоприбулому доводиться переходити в незайняте положення. І надлишкову енергію потрібно кудись подіти (постулати Бора), не в формі світла в цей раз, а в формі сили від вашого торкання пальцем.
Тому процес наближення атомів вимагає енергії, оскільки всі їх електрони повинні перейти в інші, незайняті, високоенергетичні стани. Спроба поєднати всі атоми столу і пальця разом вимагає колосальну кількість енергії - більше, ніж можуть забезпечити ваші м'язи. Ви відчуваєте опір пальця, а стіл відчуває твердість вашого тіла при дотику.
