Você já viu vídeos mostrando personagens atravessando paredes como fantasmas. Ao olhar mais de perto, os átomos são constituídos por uma vasta maioria de vazio. Então, por que a realidade física é tão diferente?
Os átomos, constituintes fundamentais da matéria, são principalmente constituídos por vazio. O núcleo, extremamente pequeno, é rodeado por elétrons em movimento. Apesar desta estrutura ser maioritariamente vazia, os objetos sólidos resistem à penetração devido a forças fundamentais.
A repulsão eletrostática impede que os átomos se aproximem uns dos outros. Os elétrons que rodeiam cada núcleo atômico, carregados negativamente, repelem-se mutuamente quando se aproximam. Este fenômeno é semelhante à repulsão entre dois ímanes de mesmos polos. Ele mantém a solidez dos materiais evitando qualquer sobreposição atômica.
O princípio de exclusão de Pauli reforça esta impossibilidade. Os elétrons, sendo férmions, não podem ocupar o mesmo estado quântico. Mesmo que imaginemos duas nuvens eletrónicas se sobrepondo, este princípio proíbe esta configuração. Assim, mesmo sob pressão, os átomos não se fundem, preservando a integridade da matéria.
No entanto, a mecânica quântica introduz uma exceção teórica com o efeito túnel. Uma partícula pode ultrapassar uma barreira energética com uma probabilidade ínfima. Para um objeto macroscópico como um humano, com tantos átomos e partículas, esta probabilidade é praticamente nula. É tão baixa que não ocorreria na idade do Universo.
No átomo, entre o núcleo e a nuvem eletrónica, vazio, muito vazio.
Estes princípios explicam por que não podemos atravessar paredes. Eles garantem a estabilidade do nosso mundo quotidiano. Sem eles, a matéria não teria forma definida, e o Universo seria radicalmente diferente.
O que é a repulsão eletrostática?
A repulsão eletrostática é uma força que empurra partículas de mesma carga a afastarem-se umas das outras. Ela decorre da lei de Coulomb no electromagnetismo.
Esta força atua à distância e depende da magnitude das cargas e da sua separação. Ela origina inúmeras propriedades, como a estrutura dos átomos e das moléculas. Para os materiais sólidos, impede que os átomos se comprimam além de um certo limite. Contribui assim para a rigidez e dureza dos objetos.
Compreender esta força ajuda a explicar por que as interações à escala microscópica ditam o comportamento macroscópico.
Como funciona o efeito túnel quântico?
O efeito túnel é um fenômeno quântico onde uma partícula atravessa uma barreira energética que não deveria poder ultrapassar classicamente. Resulta da natureza ondulatória das partículas.
A função de onda da partícula não se anula instantaneamente na barreira, mas decresce exponencialmente. Se a barreira for suficientemente fina, existe uma probabilidade não nula de encontrar a partícula do outro lado.
Embora contra-intuitivo, está bem estabelecido experimentalmente e tem aplicações tecnológicas importantes.