Πέμπτη, 1 Φεβρουαρίου 2018

Η ψευδαίσθηση της αφής.

Εάν τα  άτομα είναι κυρίως άδειος  χώρος, γιατί τα αντικείμενα γύρω μας δίνουν την εντύπωση ότι είναι συμπαγή;  


Ο χημικός Τζων Ντάλτον πρότεινε τη θεωρία ότι όλη η ύλη καθώς και τα αντικείμενα που μας περιτριγυρίζουν, ακόμα και εμείς οι ίδιοι, αποτελούνται από σωματίδια που ονομάζονται άτομα, και αυτό εξακολουθεί να γίνεται αποδεκτό από την επιστημονική κοινότητα, σχεδόν δύο αιώνες αργότερα. Κάθε ένα από αυτά τα άτομα αποτελείται από ένα απίστευτα μικρό πυρήνα και ακόμη μικρότερα στοιχεία που λέγονται ηλεκτρόνια, τα οποία κινούνται σε αρκετά μεγάλη απόσταση από το κέντρο τους, τον πυρήνα τους δηλαδή. Εάν φανταστείτε ένα τραπέζι που είναι ένα δισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερο, τα άτομα του θα έχουν το μέγεθος…πεπονιών. Αλλά ακόμα κι έτσι, ο πυρήνας στο κέντρο θα ήταν πάρα πολύ μικρός για να τον δούμε, όπως και τον ...χορό τον ηλεκτρονίων γύρω του. Γιατί λοιπόν τα δάχτυλά μας δεν διαπερνούν απλά τα άτομα; και γιατί το φως δεν περνά ανάμεσα στα κενά μεταξύ πυρήνα και ηλεκτρονίων ;    


Για να εξηγήσουμε το γιατί πρέπει να ρίξουμε μια ματιά στα ηλεκτρόνια. Δυστυχώς, πολλά από αυτά που διδάσκονται στο σχολείο είναι απλοποιημένα - τα ηλεκτρόνια δεν περιστρέφονται γύρω από το κέντρο ενός ατόμου σαν τους πλανήτες γύρω από τον ήλιο, όπως ίσως έχετε διδαχθεί. Αντί αυτού, σκεφτείτε τα ηλεκτρόνια σαν ένα σμήνος μελισσών ή πουλιών, όπου οι μεμονωμένες κινήσεις τους είναι πολύ γρήγορες για να εντοπιστούν, αλλά εσείς εξακολουθείτε να βλέπετε το σχήμα του συνολικού σμήνους.

Ο Χορός των ηλεκτρονίων

Στην πραγματικότητα, τα ηλεκτρόνια ¨χορεύουν ¨ - ίσως να είναι η πιο ταιριαστή λέξη -. Αλλά δεν είναι ένας τυχαίος χορός - είναι περισσότερο σαν χορός μέσα σε μια αίθουσα χορού, όπου τα ηλεκτρόνια χορευτές κινούνται σε καθορισμένα μοτίβα, ακολουθώντας τα βήματα που καθορίζονται από μια μαθηματική εξίσωση που ονομάζεται έτσι από τον αυστριακό φυσικό Έρβιν Σρέντινγκερ.
  
Αυτά τα μοτίβα μπορεί να ποικίλουν - μερικά είναι αργά και απαλά, σαν βαλς, ενώ μερικά είναι γρήγορα και ενεργητικά, όπως ένα ...Τσάρλεστον. Κάθε ηλεκτρόνιο διατηρεί το ίδιο μοτίβο, αλλά κάθε τόσο στιγμιαία μπορεί να αλλάξει σε ένα άλλο, εφόσον κανένα άλλο ηλεκτρόνιο δεν εκτελεί ήδη, ταυτόχρονα αν προτιμάτε, αυτό το μοτίβο. Δεν υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια σε ένα άτομο που μπορούν να κάνουν τα ίδια…χορευτικά βήματα: Ο κανόνας αυτός ονομάζεται : ¨ Απαγορευτική αρχή του Πάουλι¨

Τα ηλεκτρόνια σαν ένα σμήνος από πουλιά. Εικόνα:  John Holmes/Wikimedia CommonsCC BY-SA

Αν και τα ηλεκτρόνια δεν κουράζονται ποτέ, κινούνται μέχρι ένα ταχύτερο βηματισμό, παίρνοντας έτσι περισσότερη ενέργεια. Και όταν ένα ηλεκτρόνιο κινείται προς τα κάτω, σε χαμηλότερες ενέργειες, δηλαδή σε πιο αργό μοτίβο, χάνει ενέργεια την οποία αποβάλλει προς το περιβάλλον του. Έτσι, όταν ενέργεια με τη μορφή φωτός πέφτει πάνω σε ένα ηλεκτρόνιο, μπορεί να απορροφήσει κάποια ενέργεια κάνοντας το να κινηθεί σε ένα υψηλότερο, και ταχύτερο μοτίβο "χορού". Μια δέσμη φωτός δεν θα περάσει μέσα από το τραπέζι μας, αφού τα ηλεκτρόνια σε όλα τα άτομα είναι …πρόθυμα να πάρουν κάποια ενέργεια από το φως.

Μετά από πολύ σύντομο χρονικό διάστημα χάνουν αυτήν την προστιθέμενη ενέργεια, ίσως και πάλι με μορφή φωτός. Οι αλλαγές στα μοτίβα του απορροφημένου και του ανακλώμενου φωτός μας δίνουν τις αντανακλάσεις και τα χρώματα - έτσι βλέπουμε το τραπέζι σαν ένα συμπαγές αντικείμενο.

Όταν αγγίζετε ένα αντικείμενο νοιώθετε αντίσταση…

Γιατί λοιπόν ένας πίνακας δίνει την αίσθηση ότι είναι συμπαγής; Πολλοί ιστότοποι θα σας πουν ότι αυτό οφείλεται στην λεγόμενη ¨άπωση των ηλεκτρονίων¨ - ότι δηλαδή δύο αρνητικά φορτισμένα αντικείμενα πρέπει να απωθεί το ένα το άλλο. Αλλά κάτι τέτοιο είναι λάθος και δείχνει ότι δεν πρέπει ποτέ να εμπιστεύεστε κάποια πράγματα στο Διαδίκτυο. Νιώθετε συμπαγή τον πίνακα λόγω των ηλεκτρονίων που …χορεύουν.

Αν αγγίξετε τον πίνακα, τότε τα ηλεκτρόνια από τα άτομα στα δάχτυλά σας πλησιάζουν τα ηλεκτρόνια στα άτομα του πίνακα. Καθώς τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο πλησιάζουν αρκετά στον πυρήνα του άλλου, τα…χορευτικά τους μοτίβα αλλάζουν. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ένα ηλεκτρόνιο χαμηλού ενεργειακού επιπέδου γύρω από έναν πυρήνα δεν μπορεί να κάνει το ίδιο γύρω από ένα άλλο πυρήνα. Η …σχισμή αυτή, το κενό αν θέλετε,  έχει ήδη καταληφθεί από ένα από τα δικά του ηλεκτρόνια. Ο ¨νεοφερμένος¨ πρέπει να ενταχθεί σε έναν μη κατεχόμενο και πιο ενεργό ρόλο. Και η ενέργεια αυτή τη φορά πρέπει να παρέχεται όχι από το φως αλλά από τη δύναμη των δακτύλων σας.

Η αντίσταση που αισθάνεστε από το τραπέζι είναι ισχυρή. Εικόνα: Shutterstock

Χρειάζεται ενέργεια όταν πιέζουμε απλά και μόνο μόνο δύο άτομα φέρνοντάς τα κοντά το ένα με το άλλο, καθώς όλα τα ηλεκτρόνια πρέπει να μεταβούν σε μη κατεχόμενο από άλλη δραστηριότητα χώρο δηλαδή σε μία κατάσταση υψηλής ενέργειας μη χρησιμοποιούμενη από άλλη διεργασία. Προσπαθώντας να σπρώξετε όλα τα άτομα του πίνακα και τα άτομα των δακτύλων απαιτείται  φοβερή ενέργεια - περισσότερη από ό, τι μπορούν να παρέχουν οι μύες σας. Το νιώθετε αυτό σαν αντίσταση στο δάχτυλό σας, γι’ αυτό λοιπόν το τραπέζι δίνει την αίσθηση ότι είναι συμπαγές στο άγγιγμα σας.




ΑπόRoger Barlow, Research Professor and Director of the International Institute for Accelerator Applications, University of Huddersfield.

Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε γράμματα)

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
 Για διορθώσεις μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com  η αφήστε μήνυμα inbox στη Σελίδα:

 Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας εργασία, άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com  . Η δημοσίευση είναι εντελώς δωρεάν.

Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του άρθρου.

 Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου. 

Γιά την ομάδα : @Aratosastronomy