Вы, вероятно, слышали, что атомы, из которых состоит наше тело, земля по которой мы ходим, и вся материя во Вселенной, в основном представляют собой пустое пространство. А раз так возникает вопрос: почему мы не проваливаемся под землю, когда ходим или почему не можем проходить сквозь стены, как это делают привидения?
Простой ответ заключается в том, что сила, которая запрещает нам это делать – это сила электромагнитного отталкивания.
Ответ довольно простой, но нуждается в пояснении.
Идея о том, что атомы в основном представляют собой «пустое пространство», с квантовой точки зрения, бессмысленна. Объем атома заполняется волновыми функциями его электронов, или, с точки зрения квантовой механики, в этой области пространства происходит локализованное возбуждение электронного поля, которые оба сильно отличаются от «пустого» состояния вакуума.
Концепция пустого пространства на самом деле довольно сложна, поскольку концепция – «пространство пусто, когда в нем нет частиц» довольно сильно отличается от формального – «пустое пространство — это невозбужденное вакуумное состояние теории».
Пространство внутри атома определенно не находится в состоянии вакуума, оно заполнено электронными состояниями. Но есть вероятность, что вы никогда найдете «пустое» пространство, в смысле «отсутствие частиц во время измерения».
Утверждение, что пространство внутри атома «в основном пустое» неверно, поскольку электроны не локализованы так резко, если не происходит какого-либо взаимодействия (например, измерений), которое фактически вынуждает их к этому. Когда они не взаимодействуют, их состояния «размазываются» по атому в нечто, иногда называемое электронным облаком, где облако или орбиталь представляют вероятность нахождения частицы в любом заданном месте.
Эта странность является одной из причин, почему квантовая механика так фундаментально отличается от классической механики – внезапно многое в мире становится совершенно отличным от того, к чему мы привыкли на нашем макроскопическом уровне, и особенно наша интуиция о «пустом пространстве» и тому подобном полностью подводит нас на микроскопических уровнях.
