He escuchado que la mayor parte del átomo es en realidad un espacio vacío, pero ¿hay una analogía de la vida real para ayudar a entender lo que realmente significa?

Answer 1

Toma un anillo. Una delgada, muy ligera.

Haz que gire.

Rápido. Más rápido.

Tienes “un átomo”.

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Todos los átomos que “vemos” son “estrellas pequeñas pero pesadas” con pequeños planetas (electrones) increíblemente rápidos que giran alrededor de ellos. Tan rápido que desde el exterior, no puedes notar la diferencia y estás convencido de que es una cuestión sólida. El concepto de tiempo para un electrón es muy diferente del nuestro. Se ven “perpetuas”, “eternas” en comparación con nosotros. Y rápido. Tan rápido los vemos y los percibimos como sólidos.

Nota: El anillo es solo una ayuda visual con el fin de visualizar cómo un objeto bidimensional puede confundirse con uno tridimensional.

Puedes imaginar que los electrones viajan tan rápido que llenan el espacio, creando la ilusión de materia alrededor del átomo.

Verlos como partículas es una forma de visualizar dónde y cómo se comportarán las ondas, cómo se disipa la energía de una onda una vez que algo interrumpe la onda (el electrón recibe el impacto de la luz o de O. Imaginamos estas partículas como pequeñas esferas indestructibles y duras). importa con una carga eléctrica. Los electrones rebotan contra otros electrones y son atraídos por otros átomos. Las esferas son fáciles de visualizar.

Pero, en verdad, también se pueden describir por medio de ondas sobre cómo se mueven y se comportan.

Estas son ondas producidas por cuerdas (un objeto monodimensional que crea la ilusión de solidez a través de una rotación rápida). Los electrones son partículas (objetos de dimensión casi cero, objetos puntuales) que crean ondas alrededor de los átomos.

Puedes imaginar que estos electrones viajan tan rápido que llenan el espacio, creando la ilusión de materia alrededor del átomo.

Verlos como partículas es una forma de visualizar dónde y cómo se comportarán las ondas, cómo se disipa la energía de una onda una vez que algo interrumpe la onda (el electrón recibe el impacto de la luz o de O. Imaginamos estas partículas como pequeñas esferas indestructibles y duras). importa con una carga eléctrica. Los electrones rebotan contra otros electrones y son atraídos por otros átomos. Las esferas son fáciles de visualizar.

Pero, en verdad, también se pueden describir por medio de ondas sobre cómo se mueven y se comportan.

Estas son ondas producidas por cuerdas (un objeto monodimensional que crea la ilusión de solidez a través de una rotación rápida). Los electrones son partículas (objetos de dimensión casi cero, objetos puntuales) que crean ondas alrededor de los átomos.

Segunda nota: estoy simplificando por el bien de la visualización.

Answer 2

Tu casa es mayormente aire. Todos los coches, todos los vehículos, todos los edificios. Incluso cosas en tu casa. Mire a su alrededor: muebles, contenedores, en realidad todos son una gran cantidad de aire encerrado por una cubierta delgada. De hecho, muy pocas cosas con las que interactúa a diario es un objeto denso y sólido.

Los átomos son un poco así: los tratas como bolas sólidas, y para muchos tipos de análisis, está bien describirlos así. pero en realidad están llenos de las funciones de onda de los electrones, un volumen en el que se pueden encontrar los electrones.

Es como mirar un edificio y decir: bueno, el volumen dentro de sus paredes encontrará 8 personas. No sabemos exactamente dónde están dentro de ese edificio, pero sabemos que hay 8 de ellos, y existe una alta probabilidad de que se encuentren en ciertos lugares dentro de esos muros. Además, cada una de esas personas necesita una cierta cantidad de espacio, incluso si no están ocupando todo de una vez, le resultará difícil tratar de presentar una nueva persona para compartir ese espacio con ellos, se repelerían. El uno al otro.

Answer 3

Es fundamentalmente un error pensar que las partículas elementales tienen volumen u ocupan espacio.

Si observa la ubicación de dos partículas simultáneamente, no hay un límite teórico conocido sobre qué tan cerca pueden estar. En este sentido, las partículas son como puntos de dimensión cero, sin volumen.

Si considera la función de onda de una partícula en ausencia de observación, en general no será cero (casi) en todas partes. En este sentido, cada partícula tendría el mismo volumen que el universo mismo. Eso claramente no es una definición muy útil de volumen.

Podría intentar forzar una definición de volumen en una partícula diciendo que es el volumen del espacio en el que la norma de la función de onda excede un mínimo arbitrario. Pero eso le daría un volumen que difiere para cada partícula individual, y para cada partícula individual, varía con el tiempo y la observación. También dependería de su elección arbitraria de norma mínima. Tampoco evitaría que dos partículas tengan volúmenes que se superpongan. Así que tampoco es una definición muy útil de volumen.

La idea de que los objetos tienen volumen y ocupan espacio es un sesgo que desarrollamos al tratar con objetos macroscópicos. No se aplica a las partículas.

La pregunta “¿cuánto del espacio dentro de un átomo está vacío?” no está bien definido. No puedes definir los límites del átomo, ni el volumen de sus constituyentes.

Answer 4

En primer lugar, si desea comprender las ideas cuánticas, le sugiero que lea el libro de Feynman, QED: Una teoría extraña de la luz y la materia. Está escrito para un público popular y Feynman hace un excelente trabajo al describir la física.

También tiene un excelente conjunto de videos.

En segundo lugar, no creo que la idea de materia como espacio en su mayoría vacío contiene agua. El helio superfluido no se vuelve infinitamente denso. Un átomo de argón es 7 veces el volumen de un átomo de neón, porque esos nuevos electrones no se pueden atascar en cualquier lugar.

La conclusión se basa en la idea de que cuando medimos el tamaño del electrón en ciertos experimentos de colisión, no parece haber un punto en el que el electrón muestre el tipo de estructura que asociamos con algo como un átomo o una bola de billar.

Pero no creo que este deba ser el criterio para decidir si algo está vacío o lleno. Debe ser si algo se agranda o no cuando intentamos agregar algo nuevo a la imagen.

Answer 5

Imagina una pelota de playa.

Ahora, dentro del centro de la pelota de playa hay un melón. El melón está conectado a la pared exterior de la pelota de playa por medio de una cinta, por lo que permanece en el centro de la pelota todo el tiempo.

Entonces, tienes algo con masa / peso apreciable, que tiene mucho espacio vacío. El melón es el núcleo atómico, y los electrones son la bola de playa.

En este punto nuestra escala está un poco apagada. Así que ahora imagine que la pelota de playa tiene decenas de millas de ancho (por ejemplo, tan grande como una ciudad), pero el melón sigue siendo del mismo tamaño.

Así que nuestro modelo atómico está casi completamente compuesto de espacio vacío …

Answer 6

Recuerdo esta analogía de un libro que leí hace un tiempo.

Imagina que tienes una pelota de baloncesto y una abeja. El baloncesto es un protón y la abeja es un electrón. Ahora imagine que tiene una cúpula, encapsulando la pelota de baloncesto en el centro con la abeja en la superficie de la cúpula. El problema es que esta cúpula tiene una milla de altura, por lo que la distancia desde el básquetbol hasta la abeja es de 1 milla. Este es un modelo a escala del átomo de hidrógeno. Los electrones son casi 2,000 veces más pequeños que los protones y ocupan el espacio a distancias extremadamente lejanas al núcleo del átomo en esta escala.

En realidad, sin embargo, no podemos modelar átomos como este. Esto le ayuda a visualizar las distancias involucradas, sin embargo, los electrones dentro de los átomos están “dispersos”. No son partículas puntuales. Lea mi respuesta en el enlace de abajo para una descripción más completa.

La respuesta de Nick Nuzzo al problema de la medición cuántica: comprensión del principiante: por qué / cómo los estados pueden depender de la observación; ¿No es esa una forma arrogante de verlo?

Answer 7

Cuando miras una nube en el cielo, ¿crees que no hay nada entre tú y la nube? No. Es consciente de la atmósfera y puede soplar en su mano para verificar el aire.

Cuando mantienes dos imanes cerca y sientes la atracción o repulsión, no puedes ver la fuerza magnética en acción. Todavía eres consciente de que hay algo de fuerza.

Cuando sostienes un giroscopio en tu mano y lo mueves de izquierda a derecha o lo giras en un movimiento circular, puedes sentir una fuerza en el trabajo.

Entendemos mucho sobre los átomos pero no podemos verlos. Se ha realizado mucho trabajo experimental sobre la clasificación atómica (consulte la tabla periódica de elementos) y hemos realizado modelos visuales estáticos para visualizar átomos que son algo precisos según el comportamiento atómico.

Los modelos que representan átomos son solo modelos y los átomos están en movimiento. Hay fuerzas involucradas que no son visuales, especialmente para un modelo fijo.

No creo que haya una analogía para el espacio vacío porque no creo que el espacio vacío exista en ningún lugar dentro del universo, y probablemente tampoco esté fuera del universo.

Esto significa que tampoco creo que exista una analogía precisa para el espacio vacío entre un electrón y su núcleo.

La analogía que usaría para que no haya ningún espacio vacío en ningún lugar es la gravedad, que es una fuerza invisible ubicua y solo una de las muchas fuerzas invisibles.

No puedo señalar ningún lugar dentro del universo y decir que es un verdadero vacío. El vacío ni siquiera se puede lograr en un laboratorio con equipo especializado. No creo que exista un verdadero vacío de energía cero.

Así que imaginar un espacio vacío en un átomo no tiene ningún valor útil o instructivo. Es solo un posible efecto secundario de tener un modelo estático.

Así que ahora has escuchado otra opinión.

Answer 8

¡Hola! Gracias por la pregunta. Como profesor de física durante los últimos años, he considerado imperativo que los estudiantes reciban una explicación de la vida real de teorías y descubrimientos y no se los deje a sí mismos para formular visualizaciones propias. Uno común que usualmente cito es algo como esto:

“¡Si hicieras un modelo a escala de un átomo con un núcleo del tamaño de un guisante, los electrones se moverían en un espacio más grande que un estadio deportivo importante!”

Espero que eso ayude.

¡Aclamaciones!

Answer 9

Aquí hay una analogía. Toma el átomo más simple: hidrógeno, que consiste solo en un protón y un electrón. Si escalas el protón para que tenga el tamaño de un guisante, entonces la órbita del electrón sería aproximadamente un campo de fútbol alejado del guisante.

Answer 10

Por la vida real, supongo que te refieres a macroscópico.

La respuesta es no: no hay analogías macroscópicas con el mundo subatómico.

Answer 11

Una analogía muy simple, muy ruda. El núcleo del átomo (protones y neutrones) tiene el tamaño de una naranja. Los electrones en la primera capa (el tamaño más pequeño que un guisante) orbitarían a unas 10 millas terrestres / 15 km desde la naranja.

Answer 12

La afirmación de que “la mayor parte del átomo es en realidad un espacio vacío” es, en el mejor de los casos, engañosa. De hecho, hay un campo eléctrico fuerte en esta región y lo que sientes cuando intentas empujar un objeto sólido a través de otra es este campo eléctrico. Entonces no es un espacio vacío; Contiene un campo que puedes sentir.

Answer 13

La analogía de la vida real es que la Tierra es 1.5 X10 ^ 16 veces más pesada que todos los humanos de la Tierra.

Sin embargo, toda la Tierra apoya la vida humana, y es en su mayoría no humana.

Sin todo el resto de la Tierra, incluido el núcleo fundido, no habría humanos.

Answer 14

Nuestro sistema solar. Si nuestro Sol fuera el núcleo del hidrógeno, entonces Plutón sería el electrón. (No es totalmente exacto; solo una representación viva).