Магия реальности. Откуда мы знаем что является правдой

Ранней моделью атома была так называемая модель «Пудинг с изюмом», предложенная великим английским физиком Дж. Дж. Томсоном в конце 19–го века. Я не буду описывать её, потому что она была заменена более успешной моделью Резерфорда, впервые предложенной тем самым Эрнстом Резерфордом, который расщепил атом, который приехал из Новой Зеландии в Англию работать учеником Томсона и позже сменил Томсона на посту профессора физики в Кембридже. Модель Резерфорда, которую позднее уточнил, в свою очередь, ученик Резерфорда, знаменитый датский физик Нильс Бор, рассматривала атом как крошечную, миниатюризированную солнечную систему. В центре атома — ядро, которое содержит большую часть его материала. И есть крошечные частицы, названные электронами, со свистом летающие вокруг ядра по «орбите» (хотя слово «орбита» может вводить в заблуждение, если вы думаете о нем, как о планете, вращающейся вокруг солнца, потому что электрон не маленький круглый предмет в определённом месте).

В модели Резерфорда/Бора, которая, вероятно, отражает реальную истину, удивительно то, что расстояние между ядрами очень велико по сравнению с размером ядра, даже в плотном куске твёрдого вещества, такого как алмаз. Ядра сильно разбросаны. Это тот момент, к которому я обещал вернуться.

Помните, я говорил о том, что кристалл алмаза — гигантская молекула, созданная из атомов углерода, похожих на солдат в строю, но в трёхмерном строе? Что ж, теперь мы можем улучшить нашу «модель» кристалла алмаза, придав ей масштаб — то есть, ощущение того, как размеры и расстояния в нем связаны друг с другом. Предположим, что мы представляем ядро каждого атома углерода в кристалле не солдатом, а футбольным мячом с электронами на орбите вокруг него. В этом масштабе соседние мячи в алмазе были бы на расстоянии более чем в 15 километров.

15 километров между мячами будут содержать электроны на орбите вокруг ядра. Но каждый электрон, в нашем «футбольном» масштабе, намного меньше, чем комар, и эти миниатюрные комары сами удалены на несколько километров от мячей, которые они облетают. Поэтому понятно — и удивительно — что даже твёрдый алмаз представляет собой почти полностью пустое место!

То же самое справедливо для всех пород, независимо от их прочности и твёрдости. Это верно для железа и свинца. Это также верно даже для самой твёрдой древесины. И это относится к вам и ко мне. Я уже говорил, что твёрдое вещество сделано из атомов, «упакованных» вместе, но «упакованных» здесь означает что‑то довольно странное, потому что сами атомы — главным образом пустое место. Ядра атомов расположены настолько далеко друг от друга, как если бы два футбольных мяча разделяло расстояние в 15 километров, а между ними летали бы несколько комаров.

Как такое может быть? Если камень является почти полностью пустым пространством, с реальной материей, разбросанной как футбольные мячи на километры друг от друга, почему он настолько жёсткий и твёрдый? Почему он не разрушается как карточный домик, когда вы сидите на нем? Почему мы мы не видим прямо через него? Если и стена, и я — в основном пустое место, почему я не могу пройти прямо через стену? Существует довольно забавная история об американском генерале Стабблебайне, который попытался это сделать. Вот история, которую я уже цитировал в предыдущей книге.

Это реальная история.

Она случилась летом 1983 года. Генерал — майор Альберт Стабблебайн III сидит за своим столом в Арлингтоне, штат Вирджиния, уставившись на стену, на которой развешаны его многочисленные военные награды. Они подробно описывают его долгую и выдающуюся карьеру. Он является начальником разведки армии Соединённых Штатов с 16 000 солдат под его командованием… Он смотрит сквозь свои награды на стену. У него возникаем мысль, что он должен что‑то сделать, хотя мысль об этом пугает его. Он думает о выборе, который он должен сделать. Он может остаться в своём кабинете, или он может перейти в соседний офис. Вот его выбор. И он сделал его. Он собирается пройти в следующий офис… Он встаёт, выходит из‑за стола и начинает расхаживать. Я думаю, он размышляет, из чего вообще в основном состоит атом? Из пространства! Он ускоряет шаг. Из чего в основном состою я? Он размышляет. Из атомов! Он почти перешёл на трусцу. Из чего главным образом состоит стена? Он думает. Из атомов. Все, что я должен сделать, это объединить пространства… Затем Генерал Стабблебайн тяжело ударяется носом о стену своего кабинета. Черт побери, думает он. Генерал Стабблебайн поражён своей постоянной неспособностью пройти через стену.

Вы не можете не посочувствовать генералу Стабблебайну. Он знал, что стена, и его собственное тело, были сделаны из атомов, столь рассредоточенных, что они походили на футбольные мячи в 15 километрах друг от друга. Конечно, если стена и его собственное тело были в основном пустым пространством, он же должен быть в состоянии пройти сквозь стену, протискивая свои атомы между атомами стены? Почему же он этого не может?