答えは、タッチの意味によって異なります。アトミックレベルでのタッチには、次の3つの意味があります。
1）2つのオブジェクトが互いに影響し合います。
2）2つのオブジェクトが互いに大きく影響する
3）2つのオブジェクトが同じ場所にある
原子にはハード境界がないため、タッチの概念（つまり、2つのオブジェクトのハード境界が同じ場所に存在する）は、原子レベルでは意味がないことに注意してください。原子は実際には固体の球ではありません。これらは、軌道と呼ばれる波状の雲の形に散乱した電子で満たされたファジー量子確率雲です。
空の雲のように、原子は固い境界のない形と位置を持つことができます。これが可能なのは、原子に高密度の領域と低密度の領域があるためです。原子が点Aにあると言うとき、実際には、高密度の原子の確率雲の一部が点Aにあることを意味します。
（量子ドットレーザーで行われているように）電子を箱に入れると、その電子はほとんど箱の中にあるだけです。電子の波動関数の一部が箱の壁から浸透し、無限大になります。これにより、走査型トンネル顕微鏡で使用される量子トンネリングの効果が可能になります。原子の不安定な性質を念頭に置いて、タッチの考えられる意味のそれぞれを見てみましょう。
1.接触とは、2つの原子が互いに影響し合うことを意味する場合、原子は常に接触します。 1キロメートル離れている2つの原子は、依然として波動関数が重複しています。ある原子が別の原子の中心と交差する点での波動関数の振幅は、それらが1 km離れていると途方もなく小さくなりますが、ゼロにはなりません。
基本的に、2つの原子はすべての方向に伸びているため、宇宙のどこにいても互いに影響を及ぼします。実際には、2つの原子が数ナノメートル以上離れている場合、それらの相互の影響は通常非常に重要ではなくなるため、より近い原子の影響によって影が薄くなります。したがって、互いに1 kmの距離にある2つの原子は技術的に接触できますが（接触を原子波動関数の重なりと定義する場合）、この接触は通常非常に小さいため無視できます。
このタッチは何ですか？物理的な世界では、オブジェクトが相互に影響を与える主な方法は、電磁力、強い核力、弱い核力、重力の4つだけです。原子核を構成する中性子と陽子は互いに結合し、2つの核力と反応します。原子の残りの部分を構成する電子は、電磁力によって原子核に結合されます。原子は分子に結合され、分子は電磁力によって日常の物体に結合されます。最後に、惑星（および他の大きな天体）と惑星の表面上の巨視的な物体は、重力によって互いに接続されています。
2つの原子が互いに1メートル以内にある場合、それらは4つの基本的な力すべてを介して互いに接触します。ただし、一般的な原子の場合、電磁力が他の力を支配する傾向があります。このタッチは何につながりますか？ 2つの原子が離れすぎている場合、それらの相互作用は他の周囲の物体に比べて弱すぎて意味がありません。 2つの原子が十分に接近している場合、この相互作用は多くのことにつながる可能性があります。化学の全分野は、原子が互いに電磁的に影響を与えるのに十分に接近したときに起こるすべての興味深いことの研究として要約することができます。
2つの原子が反応せず、共有結合、イオン結合、または水素結合を形成しない場合、それらの電磁相互作用は通常、ファンデルワールス力の形をとります。ファンデルワールス効果では、互いに接近する2つの原子が互いに電気双極子モーメントを誘発し、これらの双極子は静電引力によって互いに弱く引き付けられます。地球上のすべての原子が常に地球上の他のすべての原子に接触しているという記述は、この接触の定義によれば厳密に真実ですが、あまり有用ではありません。代わりに、原子の大部分を含む有効な周囲長を任意に定義し、その周囲長を超えて伸びる原子の部分は無視できると言うことができます。これにより、タッチの次の定義に進みます。
2.接触とは、2つの原子が互いに大きく影響し合うことを意味する場合、原子は実際に接触しますが、十分に接近している場合に限ります。問題は、重要なことは解釈の余地があるということです。たとえば、原子の外周を、原子の電子質量の95％を含む数学的表面として定義できます。この時点で明らかなように、原子を100％含む周囲は地球よりも大きくなります。
この数学的表面に含まれる原子の電子確率密度の95％で、原子はその領域の95％が重なり始めるまで接触しないと言えます。原子に効果的な接触を割り当てる別の方法は、共有結合している2つの原子の中間に存在すると言うことです。たとえば、H2分子を形成するために互いに共有結合している2つの水素原子は、50ピコメートル離れた中心を持っています。彼らはこの分離で触れていると見なすことができます。このアプローチでは、原子が化学結合を形成する可能性があるほど接近するたびに、原子が接触します。
3.タッチによって、2つの原子が同じ場所にあることを意味する場合、パウリの排他原理により、2つの原子が室温で接触することはありません。パウリの排他原理は、私たちの体のすべての原子が一点に崩壊するのを防ぐものです。興味深いことに、非常に低い温度では、いくつかの原子を同じ場所に配置できます。その結果は、ボーズ・アインシュタイン凝縮として知られています。
繰り返しになりますが、原子には厳密な境界がないという単純な理由から、日常的な意味での原子の接触はありません。しかし、原子レベルで意味を持つタッチという言葉の他の意味では、原子は確かに触れています。
2021-04-29 20:08:13
著者: Vitalii Babkin