Co znajduje się między atomami?

Pytanie

Pyta Michał

Co znajduje się między atomami? Z podręczników do fizyki można dowiedzieć się, że atomy substancji gazowej są słabo związane między sobą, jednak interesuje mnie w jakiej „przestrzeni” się one znajdują oraz czy ta „przestrzeń” może zostać opisana jakimiś wartościami fizycznymi. W moim rozumieniu atomy z których, przykładowo, składa się atmosfera, „pływają” w nieznanej substancji (nazywanej wyżej „przestrzenią”) która nie posiada żadnych właściwości, a jedynie istnieje.

Odpowiedź

Odpowiada dr Marcin Gronowski

Każda substancja, którą znamy, zbudowana jest z atomów (w tym również powietrze, woda i nasze ciało). Jeśli ze szczelnego naczynia usuniemy atomy, to wówczas wytworzymy próżnię (która w sposób całkowicie naturalny występuje pomiędzy gwiazdami, planetami czy galaktykami). Koncepcja, że istnieje jakieś nieznane „medium” występujące np. między planetami była rozważana w XIX wieku (koncepcja eteru), ale liczne doświadczenia wykazały, że jest ona zupełnie fałszywa. Co więcej, rozwój fizyki teoretycznej (w szczególności fizyki relatywistycznej) umożliwił poprawny opis otaczającej nas rzeczywistości, bez potrzeby odwoływania się do koncepcji eteru.

Mówiąc o rzeczach tak małych, jak atomy czy elektrony, nie powinniśmy posługiwać się naszą intuicją. Obiekty makroskopowe, znane z życia codziennego, opisywane są za pomocą mechaniki klasycznej (po którą podwaliny położył żyjący na przełomie XVII i XVIII wieku angielski fizyk Isaac Newton). W mikroświecie ruch ciał opisywany jest za pomocą mechaniki kwantowej (fundamentalne prace w tym zakresie poczynili na początku XX wieku fizycy tacy jak Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Robert Oppenheimer, Niels Bohr). Każdy z atomów zbudowany jest z chmury ujemnie naładowanych elektronów i będącego w środku atomu dodatnio naładowanego jądra atomowego (które z kolei też zbudowane jest z jeszcze mniejszych składników). Jądro atomowe, choć jego rozmiar jest wielokrotnie mniejszy od rozmiaru chmury elektronowej, zawiera zdecydowaną większość (ponad 99.9%) masy całego atomu. Z tego powodu, gdy mówimy o odległości między atomami, mamy zazwyczaj na myśli odległość między jądrami atomowymi. Warto jednak pamiętać, że prawdopodobieństwo znalezienia elektronu, również w bardzo dużych odległościach od jądra, choć małe, jest niezerowe.