Αναμείνατε ολίγον τι
Επιστήμες

Η κβαντική φυσική στο πλευρό όσων υποστηρίζουν ότι δεν τους αγγίζει τίποτα!

Η κβαντική φυσική στο πλευρό όσων υποστηρίζουν ότι δεν τους αγγίζει τίποτα!

Από τη στιγμή που διαβάζετε αυτό το άρθρο είναι βέβαιο ότι κάτι αγγίζετε, είτε πρόκειται για το ποντίκι του υπολογιστή σας, είτε για την καρέκλα ή τον άνετο πουπουλένιο καναπέ σας. Μιλώντας για τον τελευταίο, λυπούμαστε που θα καταστρέψουμε αυτή την ψευδαίσθηση, όμως στην πραγματικότητα, δεν τον αγγίζετε!

Πώς μπορεί να συμβαίνει αυτό;

Οτιδήποτε βλέπουμε, αγγίζουμε ή “αισθανόμαστε” αποτελείται από άτομα – δηλαδή, απειροελάχιστα μικρά στοιχεία ύλης. Η επιστήμη που μελετά μεγέθη αυτής της κλίμακας και μας δίνει μια πληθώρα πληροφοριών ώστε να σκεφτούμε τον κόσμο μας λίγο διαφορετικά, ονομάζεται κβαντική φυσική και έχει πολλά να μας πει για όσα συμβαίνουν σε επίπεδο ατομικής κλίμακας.

Ίσως φαίνεται ότι ο ‘κόσμος των ατόμων’ δεν έχει ιδιαίτερη σχέση με την καθημερινή μας ζωή. Ωστόσο, οι πληροφορίες που μπορούμε να αντλήσουμε από την μελέτη του φυσικού κόσμου σε ατομική κλίμακα, μπορούν να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε την επίδραση των τεσσάρων θεμελιωδών δυνάμεων που διαμορφώνουν τον φυσικό κόσμο και να ξεκλειδώσουμε κάποια από τα μυστικά τού σύμπαντος.

Επιπλέον, η κβαντική μηχανική υποστηρίζει ότι αποτελούμαστε από σωματίδια, πράγμα που σημαίνει ότι σε μικροσκοπικό επίπεδο, συμβαίνουν μέσα μας διάφορες διεργασίες που δεν γίνονται αντιληπτές από το ανθρώπινο μάτι – και που μερικές φορές φαίνεται σαν να μην έχουν νόημα.

Ο μαγικός κόσμος των σωματιδίων

Για να είμαστε σε θέση να κατανοήσουμε το λόγο για τον οποίο στην πραγματικότητα δεν μπορούμε να αγγίξουμε ποτέ τίποτα, θα ήταν καλό να γίνει μια σύντομη αναφορά στο πώς συμπεριφέρονται τα ηλεκτρόνια και πριν από αυτό, να δούμε με μια σύντομη ματιά τη δομή των ατόμων.

Παρόλο που το όνομα άτομο δόθηκε λόγω του γεγονότος ότι  τα άτομα θεωρούνταν αδιαίρετα, πλέον είναι γνωστό πως ένα άτομο μπορεί να διαχωριστεί σε έναν αριθμό μικρότερων συστατικών.

Το πρώτο από αυτά που ανακαλύφθηκε ήταν το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο, το οποίο εύκολα μπορεί να αποβάλλει ένα άτομο κατά τον ιονισμό του. Τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ένα σύννεφο (το ηλεκτρονιακό νέφος) γύρω από ένα συμπαγές σώμα το οποίο περιέχει όλο το θετικό φορτίο του ατόμου, τον ατομικό πυρήνα. Ο πυρήνας με τη σειρά του αποτελείται από νουκλεόνια: θετικά φορτισμένα πρωτόνια και αφόρτιστα νετρόνια.

Όπως και τα πρωτόνια έτσι και τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν ταυτόχρονα και κυματικές και σωματιδιακές ιδιότητες, πράγμα που σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια μοιράζονται χαρακτηριστικά τόσο των σωματιδίων, όσο και των κυμάτων. Από την άλλη πλευρά, έχουν αρνητικό φορτίο. Τα σωματίδια, από τη φύση τους, προσελκύονται από σωματίδια με αντίθετο φορτίο και απωθούνται από σωματίδια ίδιου φορτίου.

Αυτό εμποδίζει τα ηλεκτρόνια να έρχονται σε άμεση επαφή – με την ατομική, αλλά και την κυριολεκτική έννοια. Τα πακέτα των κυμάτων τους, από την άλλη, μπορούν να αλληλεπικαλύπτονται, όμως ποτέ δεν έρχονται σε επαφή. Όταν καθόσαστε σε μια καρέκλα ή βυθίζεστε στο κρεβάτι σας, τα ηλεκτρόνια μέσα στο σώμα σας απωθούν τα ηλεκτρόνια που αποτελούν την καρέκλα ή το κρεβάτι σας. Το κρεβάτι σας απέχει από το σώμα σας κατά μία απίστευτα μικρή απόσταση.

Γιατί όμως έχουμε την αίσθηση ότι αγγίζουμε τα πράγματα γύρω μας;

Ένα εύλογο ερώτημα που μπορεί να απασχολήσει διαβάζοντας το συγκεκριμένο άρθρο, είναι μάλλον το εξής: «Αν το γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια απωθούνται μεταξύ τους μας εμποδίζει να μην ακουμπάμε ποτέ τίποτα, πώς γίνεται να  αντιλαμβανόμαστε την επαφή ως κάτι πραγματικό;»

Η απάντηση βρίσκεται στο το πώς ο εγκέφαλός μας ερμηνεύει τον φυσικό κόσμο. Σε αυτή την περίπτωση, λειτουργούν πολλοί παράγοντες. Εν συντομία, τα νευρικά κύτταρα που συνθέτουν το σώμα μας στέλνουν σήματα στον εγκέφαλό μας ότι αγγίζουμε κάτι φυσικά, δίνοντάς μας την αίσθηση της επαφής όταν τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Επίσης, σημειώστε ότι διάφορα πράγματα παίζουν ρόλο εδώ,όπως για παράδειγμα οι χημικοί δεσμοί μεταξύ των σωματιδίων και φυσικά, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη που αναφέραμε παραπάνω. Οι χημικοί δεσμοί, επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια να “γαντζώνονται” πάνω στις ατελείς επιφάνειες των αντικειμένων, δημιουργώντας τριβή.

Και για όσους είναι ακόμη μαζί μας:

Η ηλεκτροστατική απώθηση μεταξύ των ηλεκτρονίων δεν είναι ο μοναδικός λόγος για τον οποίο ουσιαστικά “αιωρείσθε” πάνω από την καρέκλα σας. Σύμφωνα με την  απαγορευτική αρχή του Πάουλι, μια από τις σημαντικότερες αρχές της κβαντικής μηχανικής και της σύγχρονης ατομικής θεωρίας, είναι το ότι  είναι αδύνατο να υπάρξουν στο ίδιο άτομο ή σύμπλεγμα ατόμων πάνω από δύο ηλεκτρόνια με την ίδια τετράδα κβαντικών αριθμών. 

Είναι ο συνδυασμός των παραπάνω που κυριαρχούν στην συμπεριφορά των ηλεκτρονίων. Όσο εξωπραγματικό και αν μοιάζει, είναι σαν τα ηλεκτρόνια να γνωρίζουν τη θέση των υπόλοιπων ηλεκτρονίων και να προσπαθούν να αποφύγουν – όσο είναι δυνατόν – το ένα το άλλο, με αποτέλεσμα την εκθετική μείωση των δυνάμεων μεταξύ των ηλεκτρονίων, ακόμη και χωρίς να λάβουμε υπόψη την ηλεκτροστατική απώθηση.

Το γεγονός λοιπόν, ότι τα πράγματα συχνά δεν είναι όπως φαίνονται ή τουλάχιστον δεν είναι όπως τα αντιλαμβανόμαστε, αποτελεί μια θεμελιώδη επιστημονική αλήθεια και μας δίνει την ευκαιρία να δούμε τα πάντα γύρω μας λίγο διαφορετικά.

Πηγές

Μοιραστείτε το άρθρο

The following two tabs change content below.
Γιώτα Ζώτου

Γιώτα Ζώτου

Είμαι απόφοιτος του Τμήματος Εφαρμοσμένων Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Κρήτης και κάθε προσπάθεια για περαιτέρω βελτίωση, που έχει σαν στόχο την διευκόλυνση της καθημερινότητας του ανθρώπου άπτεται των ενδιαφερόντων μου. Μέσα από αυτό το site λοιπόν θα μοιραζόμαστε ερευνητικά δεδομένα και εξελίξεις που αφορούν στις επιστήμες και την τεχνολογία, τα οποία έμμεσα ή άμεσα μας αφορούν και αξίζει να γνωρίζουμε.

Αφήστε ένα σχόλιο

Επιλογές της ομάδας
σκίτσο του Άλμπερτ Αϊνστάιν
Πώς τα μυστικά των πρώτων αριθμών κάνουν τον κόσμο μας ασφαλέστερο
Πώς ο Ερατοσθένης υπολόγισε την περιφέρεια της Γης πάνω από 2000 χρόνια πριν;
Τι θα γινόταν αν ο αυτισμός ήταν ... υπερδύναμη;
Εκπληκτικές φωτογραφίες του Cassini λίγο πριν τη συντριβή του στον Κρόνο