De ce atomii nu se opresc niciodată din mişcare

Atomii nu sunt ca niște mingi mici care sar continuu și se ciocnesc între ele. Dar de ce atomii nu se opresc niciodată din mişcare? După cum ştim, atomul este cea mai mică unitate constitutivă a materiei comune care are proprietățile unui element chimic. Orice materie solidă, lichidă sau gazoasă este compusă din atomi neutri sau ionizați.

Atomii sunt formați din particule și mai mici, cum ar fi protoni, neutroni și electroni, iar aceste particule se comportă în moduri foarte ciudate, care sfidează simțul nostru comun.

De exemplu, electronii nu orbitează în jurul nucleului precum planetele în jurul Soarelui, ci mai degrabă există ca niște nori de probabilitate care se pot afla în mai multe locuri în același timp.

Electronii au, de asemenea, o proprietate numită spin, care îi face să acționeze ca niște magneți minusculi care se pot alinia sau opune unul altuia. Una dintre consecințele mecanicii cuantice este că electronii pot avea doar anumite niveluri de energie discrete, în funcție de distanța față de nucleu și de orientarea spinului lor.

Electronii unui atom sunt atrași de protonii din nucleul atomic de această forță electromagnetică. Protonii și neutronii din nucleu sunt atrași unul de celălalt printr-o altă forță, forța nucleară, care de obicei este mai puternică decât forța electromagnetică de respingere ce acționează între protonii încărcați pozitiv.

Aceste niveluri de energie sunt ca treptele unei scări, iar electronii pot sări de pe o treaptă pe alta doar prin absorbția sau emiterea de fotoni (particule de lumină).

De ce atomii nu se opresc niciodată din mişcare

În funcție de temperatura și de forțele interatomice, atomii pot exista în diferite stări de agregare: solidă, lichidă, gazoasă sau plasmă. Dar atomii nu se opresc niciodată. În starea solidă, atomii sunt strâns legați și vibrează în jurul unor poziții fixe, formând o structură cristalină. În starea lichidă, atomii sunt mai puțin legați și pot aluneca unii peste alții, dar încă au o coeziune. În starea gazoasă, atomii sunt foarte slab legați și se mișcă liber și aleatoriu, ocupând tot spațiul disponibil. În starea de plasmă, atomii sunt atât de energici încât își pierd electronii, formând un amestec de ioni și electroni.

Cel mai mic nivel energetic se numește starea fundamentală și este cea mai stabilă configurație a unui electron. Cu toate acestea, chiar și în starea fundamentală, electronul are încă o anumită energie cinetică (energia de mișcare), deoarece nu poate fi complet nemișcat din cauza principiului incertitudinii.

Principiul incertitudinii, formulat de Werner Heisenberg (nu, nu acel Heisenberg din serialul Breaking Bad) în anul 1927, afirmă că există o limită fundamentală în ceea ce privește precizia cu care putem cunoaște atât poziția, cât și impulsul (masa înmulțită cu viteza) unei particule în același timp. Dacă am putea cunoaşte acest lucru, atunci am putea determina starea exactă a unui atom, ceea ce ar încălca legea a doua a termodinamicii, care spune că entropia, adică dezordinea, unui sistem izolat nu poate scădea.^[sursa]

Cu cât cunoaștem mai multe despre una, cu atât mai puțin știm despre cealaltă. Acest lucru înseamnă că, dacă încercăm să măsurăm poziția exactă a unui electron, vom pierde informații despre impulsul său și invers.

Prin urmare, există întotdeauna o anumită incertitudine în ambele cantități, iar această incertitudine se traduce printr-o cantitate minimă de mișcare pentru orice particulă.

Această cantitate minimă de mișcare este cea care împiedică electronii să se oprească complet, chiar și la temperatura zero absolut. Zero absolut este cea mai scăzută temperatură teoretică posibilă, unde orice mișcare termică (mișcare datorată căldurii) încetează. Această temperatură este egală cu -273,15 grade Celsius sau -459,67 grade Fahrenheit.

Cu toate acestea, chiar și la această temperatură, atomii și electronii păstrează încă o anumită mișcare mecanică cuantică, care nu poate fi eliminată prin niciun mijloc. Această mișcare se numește energie de punct zero sau fluctuații cuantice.

Atomii sunt guvernați de mecanica cuantică, care impune anumite restricții asupra comportamentului lor care sunt incompatibile cu fizica clasică.

Atomii nu se opresc niciodată din mișcare (care este baza tuturor fenomenelor fizice și chimice din natură) deoarece au o mișcare mecanică cuantică inerentă care nu poate fi redusă la zero prin niciun proces fizic.