原子の大部分は本当に空の空間で構成されているのでしょうか?

原子の構造について考えるとき、おそらく下の図のようなものを想像するでしょう。つまり、原子核を形成する圧縮された粒子の束と、その周りを飛び回る小さなボールの束です。見て：

この表現は、原子核が陽子と中性子で構成され、軌道上の小さな球が電子であるラザフォード モデルに触発されています。そして、このイメージに基づくと、原子の大部分は空の空間で構成されているという印象を受けます。しかし、本当にそれでしょうか？

波

Ask a Mathematician / Ask a Physicistポータル (物理学と数学に関する興味深い質問に答えることに特化したサイト) の「物理学者」によると、電子は素粒子であり、多くの場合ボールの形で表されますが、電子は次のように理解される必要があります。波。

したがって、それらは波であるため、そのサイズを特定することは不可能であり、したがって、それらが原子の周りにどのくらいの空間を占めるのか、また特定の瞬間にそれらの正確な位置がどのようなのかを正確に決定することはできません。

たとえば、ベルを鳴らすと何が起こるかを考えてみましょう。振動していることはわかっていますが、その振動が正確にどこにあるのかを判断することはできません。これは、波が鐘の表面全体に広がり、一部の部分が他の部分よりも大きく振動するためです。

スペースがいっぱい

Ask a Mathematician / Ask a Physicistの人々によると、電子は鐘のように振る舞う、つまり粒子の形で原子核の周りを周回するのではなく、波のように振動するそうです。したがって、見かけに反して、原子は主に空の空間で構成されているわけではありません。

化学の授業で聞いた古い説明、原子の質量の 99.9% が原子核に集中しているという説明を覚えていますか?なぜなら、原子核が存在する面積は、電子が占める領域に比べて小さいからです。実際、原子核を構成する陽子と中性子は、同じく素粒子であるにもかかわらず、球の形ではなく、電子と同じように、つまり波として想像されるべきです。

したがって、原子核の周囲に存在する電子の正確な位置を決定することが不可能であるのと同様に、陽子と中性子がどこに位置しているかを正確に特定することも同様に不可能です。

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量子物理学、より正確にはによれば、素粒子は同時に、その速度 (またはエネルギー) と位置を同時に決定することは不可能であることを覚えておく価値があります。これを、波動関数が崩れてしまいます。したがって、実行される実験に応じて、粒子は波または粒子のように動作します。