Hvorfor falder atomer ikke sammen, hvis de for det meste er tomme rum?

Kategori: fysik udgivet: januar 12, 2013

dette matematiske plot viser densitetsbølgefordelingsmønsteret for en enkelt ophidset elektron bundet i et hydrogenatom. Lysere farver repræsenterer regioner med højere densitet. Bemærk, at en enkelt elektron fylder hele atomet. Der er ingen regioner, der er helt tomme (selv de mørke regioner har en vis tæthed uden nul). Offentligt domæne billede, kilde: Christopher S. Baird.

atomer er ikke for det meste tomme rum, fordi der ikke er noget som rent tomt rum. Rummet er snarere fyldt med en lang række partikler og felter. At suge alle partikler og felter ud af et bestemt volumen vil ikke gøre rummet helt tomt, fordi nye partikler stadig vil blinke til eksistens på grund af vakuumenergi. Derudover kan Higgs-feltet ikke fjernes. Selv hvis vi ignorerer enhver form for felt og partikel undtagen elektroner, protoner og neutroner, finder vi, at atomer stadig ikke er tomme. Atomer er fyldt med elektroner. Det er rigtigt, at en stor procentdel af atomets masse er koncentreret i sin lille kerne, men det betyder ikke, at resten af atomet er tomt. Det indebærer snarere, at resten af atomet har relativt lav densitet.

misforståelsen af et tomt atom læres af forkerte videnskabsbøger på elementært niveau og er baseret på det falske billede af elektroner som bolde. I denne opfattelse består atomet af elektronkugler, der suser rundt om atomkernen, som i sig selv er en kugle. På dette billede er rummet mellem elektronerne og kernen derfor tomt rum. Mens dette billede (Bohr-modellen) er let at forestille sig, viste det sig at være forkert for næsten et århundrede siden. Elektroner (såvel som alle partikler) er delvist partikellignende og delvist bølgelignende, afhængigt af situationen. Når de er bundet i atomer i uforstyrret tilstand, fungerer elektroner som bølger. Disse bølger er tredimensionelle sandsynlighedstæthedsbølger, der spredes ud for at fylde hele atomet. Elektronerne spredes ikke ensartet, men følger snarere specifikke fordelingsmønstre kaldet “orbitaler”. Formen af orbitalerne understøtter alle kemiske reaktioner. Som et eksempel på nogle orbitaler vises enkelt-elektrondensitetsfordelingen til højre for brint i de første par laveste tilstande. De lettere punkter angiver regioner, hvor elektronen har en højere densitet. Bemærk, at hvert billede repræsenterer en enkelt elektron. De forskellige lyspunkter og bånd i et enkelt billede er alle en del af en enkelt elektrons bølgetilstand. Fordi bundne elektroner spredes ud i uklar densitetsbølger, er der ingen bestemt “kant” til et atom. Elektronen spredes faktisk ud for at fylde alt rum, selvom det er langt væk fra atomet, er det tyndt nok til at være ubetydeligt. Interessant nok spredte elektroner i atomet sig selv for at overlappe selve kernen. Denne overlapning af elektron-kerne muliggør effekten af elektronfangst, hvor en proton i kernen kan reagere med en elektron og blive til en neutron. Hvis atomer for det meste var tomt rum, kunne vi fjerne dette rum og krympe atomer. I virkeligheden indeholder atomer ikke noget tomt rum. Snarere er de fyldt fuldstændigt med spredte elektroner, hvilket gør det umuligt at krympe atomer.

emner: atom, atomer, sammenbrud, elektromagnetisme, elektron, tomt rum, kvante, bølgefunktion