Більшість людей думають, що атоми на 99% "порожні", "нічим" не заповнені. Це один із найбільших наукових міфів, який поширюється в підручниках, брошурах і навіть у науково-популярних статтях.
Істина полягає в тому, що атоми НЕ є порожніми ні на 97%, ні на 99%, ні на 99,999... % або на якийсь інший відсоток.
Коли ви чуєте, що атом на 99% порожній, поставте собі зустрічне запитання: що являє собою цей 1%?
Електрони, кварки (з яких складаються протони і нейтрони), фотони, нейтрино тощо, всі частинки мають нульові просторові розміри. Вони являють собою нескінченно малі точки в просторі, які "виробляють" те чи інше фізичне поле.
То що ж надає будь-чому розмір або форму?
І що таке цей 1%, коли люди кажуть, що атом на 99% порожній?
Щоб відповісти на ці запитання, необхідно повернутися до експерименту Резерфорда з розсіювання золота.
Атом має ядро з позитивним зарядом і електрони з рівним негативним зарядом, що обертаються навколо нього. Наскільки вони "порожні", залежить від того, яку "камеру" ви використовуєте для їхнього зображення.
Експеримент із розсіювання Резерфорда був одним із найбільш ранніх дослідів, проведених заради вивчення атомів.
Пучок альфа-частинок падає на золоту фольгу. Вони притягуються хмарою електронів і розсіюються ядром, оскільки подібні заряди відштовхуються.
Оскільки розмір ядра становить лише одну тисячну частину пікометра, а міжатомна відстань - одну десяту нанометра, ймовірність розсіювання неймовірно мала.
Тому атом здається порожнім. Він і є порожній, за винятком перерізу ядра під час спостереження альфа-частинки, що становить менше 1%. Звідси походить міф про 99,9% порожнечі.
Той самий ефект ми спостерігаємо, коли розглядаємо зображення світла в рентгенівському діапазоні. І тільки тому, що рентгенівські промені дифрагують на об'єктах, які можна порівняти з їхньою довжиною хвилі, а ядра можна порівняти з їхньою довжиною хвилі, але не весь атом, Рентгенівські промені просто не взаємодіють з електронами.
Аналогічний приклад можна навести і для потоку нейтронів.
Ось як виглядає картина дифракції рентгенівських променів:
Зверніть увагу на крихітні чорні крапки навколо порожнього білого фону. Це тіні ядер, коли розсіялося рентгенівське випромінювання.
Атоми виглядають порожніми, чи не так?
Що станеться, якщо ми повторимо експеримент із чимось, що взаємодіє з іншими електронами? Елементарні частинки повторюють одна одну, тому, коли зображення електронів вдаряються об електронну хмару, вони розсіюються.
Ось зображення, отримане за допомогою просвічувальної електронної мікроскопії.
Тепер атоми не виглядають такими порожніми, правда?
А зараз спробуємо що-небудь більш просунуте. Наприклад, цілий атом.
Ми використовуємо інші атоми для отримання зображення атомів. Надгострий наконечник "обмацує" поверхню матеріалу. Його чутливість достатня, щоб отримати зображення окремих атомів.
Ось як виглядає зображення атомно-силового мікроскопа:
Порожнеча зникає. Точніше, уявне зображення попередньої "порожнечі".
Так то й порожнеча як фізичне поняття - це лише міф про те, що атоми на 99,999% порожні.
З цієї відповіді випливає тонна нерозуміння. Це як побачити безліч роздратованих коментарів людей, які й гадки не мають, про що говорять, але при цьому дотримуються "правильної" думки. Вони завжди публічні. Тобто "порожні".
Ризикуючи викликати ще більше нерозуміння, дозвольте навести аналогію, щоб прояснити ситуацію.
Ви бачите світ своїми очима. Людські очі працюють, сприймаючи обмежений діапазон довжин хвиль світла. Тому ми не бачимо все, що існує. Тільки те, що електромагнітним чином доступно нашим очам.
Однак інші тварини бачать ті самі речі в інших діапазонах електромагнітного спектра. Наприклад, багато птахів бачать ультрафіолетове випромінювання. Деякі рептилії, такі як змії, бачать інфрачервоне випромінювання.
Багато хто взагалі не використовує ЕМ-хвилі, наприклад, кажани, дельфіни і кити, які орієнтуються на сонар (повітряні хвилі під тиском).
Усі ці живі істоти бачать один і той самий об'єкт, але абсолютно по-різному. Це відбувається тому, що живі істоти по-різному реагують на частинки, що створюють зображення.
Наприклад, деякі стекла поглинають інфрачервоне випромінювання, але пропускають "видимі" довжини хвиль, тому для людини скло прозоре, а для змії воно непрозоре. Як метал.
Птахи можуть бачити різні текстури на поверхнях, які не бачать люди, тому що вони бачать ультрафіолетовий спектр. Для кажанів акустично прозорі тканини невидимі, тоді як люди і птахи їх сприймають.
І ніщо з того, що бачать змія, птах, кажан, людина, не є неправильним.
Але що неправильно, так це вважати, що чогось не існує або воно "порожнє" тільки тому, що ви не можете цього побачити.
Ви коли-небудь натикалися на дуже прозоре скло, тому що не бачили його? Ті оголошення, які роблять виробники скла?
Ось що показують три зображення вище - рентгенівський дифракційний, просвітний електронний та атомно-силовий мікроскопи - зображення одного й того самого об'єкта, атомів, як їх бачать очі змії, кажана, птаха та людини.
Міф про 99,99999% порожній атом виникає через те, що ми дивимося на речі тільки одним способом - за допомогою очей. Але інтуїтивно відкидаємо світосприйняття змії, кажана, птаха. Але не людини. Просто тому, що ми - люди.
