10 534 subscribers

Есть ли что-то между атомами? Ученые разводят руками

11k full reads
22k story viewsUnique page visitors
11k read the story to the endThat's 53% of the total page views
4,5 minutes — average reading time

Все материалы по современным представлениям состоят из атомов и молекул. Реальное их устройство ещё более сложное и в одной из публикаций мы разбирали всю запутанность этого вопроса. Но в знаниях о строении материалов есть и ещё один очень интересный момент.

Классическая модель материала

Если представить "классическую" конструкцию материала, то он будет состоять из кристаллической решетки. Сама решетка состоит из атомов, которые расположены в определенных точках этой решетки (в узлах решетки). Это этакий кубик правильной формы, у которого на гранях или даже внутри объема есть атомы.

Примеры кристаллических решеток металлов
Примеры кристаллических решеток металлов

Совершенно не обязательно, что тело будет иметь кристаллическую структуру и будет твердым. Это может быть аморфное вещество или вообще жидкость. Предлагаемая модель рассматривается лишь для упрощения восприятия. Ну а агрегатное состояние материала логику не нарушит. Возьмем именно кристаллическую структуру металла, там всё складно и понятно. Отметим, что и для полимеров или прочих материалов будут справедливы наши рассуждения.

Мы знаем, что частички расположены не совсем-таки строго в такой последовательности и что всё это лишь модель. Модель довольно обстоятельная, ведь исследования материалов показывают, что атомы действительно расположены в некоторой последовательности и это запечатлено на фотографиях.

Атомы на фотографии
Атомы на фотографии

При этом тут стоило бы добавить, что все они постоянно перемещаются из-за теплового движения и нельзя сказать, что такая кристаллическая структура - это монолитный неподвижный объект.

По современным представлениям эти атомы состоят из ядра и электронов. Ядра атомов окружены электронами. Причем, электрон - частица не статичная. Она постоянно перемещается и вокруг ядра, а значит и вокруг атомов есть электронные облака с вероятностным расположением каждого электрона.

Электроны между атомами выполняют множество важных функций - обеспечивают связь и позволяют металлами проводить электрический ток.

Казалось бы, мы имеем логичную модель любого материала. Тут и дополнить-то нечего. Кроме того, что изображение кристаллической решетки уж больно схематическое. Если нет электронов на схеме, то, скорее всего, нет и ничего другого. Однако, это не совсем так.

Ну а что же между узлами решетки?

По представлениям классического материаловедения квантование останавливается на электронах. Но как такового ответа, что находится между атомами в стандартных учебниках нет.

Хорошо, допустим, вокруг центров атомов есть электронные облака...Сами атомы при этом выходит состоят из пустоты с центром из ядра. А что дальше? Может ли существовать абсолютная пустота в физике и уж тем более внутри материала?

Для начала ещё раз отметим, что между атомами, всё-таки, не абсолютная пустота. Там, как минимум, всегда может появиться электрон. Исходя из принципа неопределенности Гейзенберга, как таковой пустоты не может существовать потому то электрон может оказаться везде и мы не можем точно сказать где именно.

Примеры электронных облаков
Примеры электронных облаков

Конечно, есть визуализация электронных облаков. Вот только это тоже модель. Потому что реальная картина фрагмента всего материала выглядела бы как клубок шерсти.

Теперь начинается самое интересное. Электрон действительно может появиться где угодно внутри атома, но явно не везде. Чтобы занять всё пространство нужно слишком много электронов. Кроме того, что-то должно удерживать электроны рядом с ядрами и это не должно быть пустотой. Ведь через пустоту не передать взаимодействие. Тут физики разводят руками и не могут дать однозначного ответа.

По имеющимся представлениям, это пространство заполняют виртуальные фотоны. Зафиксировать их нельзя, потому что они слишком быстро распадаются и не поддаются исследованию. Но если допустить, что их нет совсем, то получится, что все современные представления о конструкции вещества стоят на трёх слонах и плавают на черепахе. Зато роль этих частиц становится ещё более ощутимой при разбиении ядра атома на кварки. Без виртуальных частиц ядра бы попросту не могло существовать.

Основная проблема тут в том, что изыскания квантовых физиков построены на представлениях классической физики. И поспорить тут сложно. Смотрит материаловед в микроскоп и видит атомы с электронными облаками. Спорить с очевидным глупо. Да и разработанные модели позволяют решать множество вопросов. Существование электрического тока или описание модели радиоактивности отлично строится на классической физике и прогнозируется.

Между тем, если строить рассуждение на голой теории квантового поля, то возможна какая-то логика. Вот только осознать её тяжело. По представлениям этой теории частиц нет вообще. Всё это лишь энергетические возмущения. Тогда взаимодействие этих возмущений на уровне энергий вполне себе рабочая схема!

Но и тогда вещество является чем-то типа энергетической иллюзии. Кроме того, прямых доказательство обстоятельности этой модели нет!

Рассуждения о пустоте

Так или иначе, говорить, что между частицами, ничего нет - это некорректно. В физике не может существовать абсолютной пустоты. Вот только чем является регистрируемая мнимая пустота пока никто точно сказать не может.

Вращение частицы
Вращение частицы

Между атомами точно что-то есть. Но что? Только лишь электроны, которые снуют между ядрами? Наверное не только. Космическая пыль? А что это?

Представления о вездесущем эфире были осмеяны и до сих пор воспринимаются чем-то типа этакой физической шутки. Между тем, замена нелюбимого эфира на виртуальные частицы мало чем отличается и не даёт новый принципиальный подход. Ответа на этот вопрос пока ещё нет.

На мой взгляд стоит разделять знания о фундаментальном устройстве мира, где актуальны поиски устройства вещества и вполне уместно представление о том, что любая материя есть всплеск энергии, и рабочую модель материала, необходимую для практических изысканий. Применительно к электротехнике - мы можем не понимать, что такое электрический ток, но знаем, что закон Ома работает прекрасно.

------------

Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.

-------------

Советую также прочитать на нашем канале:

-----

Смотрите нас на YouTube и присоединяйтесь к телеге!