Un átomo es un elemento fundamental de la materia. Vemos una imagen del átomo en los libros y puede que hayas dibujado un átomo durante tus años escolares. ¿Tiene un átomo un aspecto redondo como ese?
La imagen real de un átomo
Somos un ser que quiere visualizarlo todo. Queremos ver la luz en términos de rayos o incluso cantidades abstractas como el amor en términos de comportamientos. Puede que la visualización asegure la existencia de algo en mi opinión. Sí, la esencia misma de la existencia de algo es su visualización.
Por eso los conceptos de átomos fueron descartados hasta que Albert Einstein dejó que la gente visualizara los átomos mediante la interpretación estadística del movimiento browniano. ¡Viola! Hay un átomo, existe matemáticamente. Pero, la imagen real del átomo seguía siendo oscura debido a su naturaleza en miniatura. Ahora, las cosas son diferentes.
¿Cómo es un átomo?
Los átomos son cosas que componen toda la materia. Así que, en cierto sentido, sí se ven átomos. Es lo que todo es, tú también eres un conjunto de átomos, ¿no? Pero, ¿te has preguntado sobre la imagen del átomo, uno individual?
El tamaño de un átomo es de entre 10 y 100 mil millonésimas de fracción de metro. Por tanto, visualizar un átomo individual es una tarea algo difícil, no imposible como ha insinuado la tecnología moderna. A pesar de esta miniatura, el desarrollo del microscopio electrónico ha permitido a los científicos tomar fotografías de un átomo. Puede encontrar una imagen de un átomo, uno solo y aislado aquí.
Los átomos son objetos puntuales. Un punto en un papel es aproximadamente circular y en el espacio tridimensional es una esfera. Así que, en cierto sentido, es habitual pensar que un átomo es esférico.
Además, si se tiene un microscopio de muy alta resolución, que puede distinguir un objeto separado por casi cientos de millonésimas de fracción de metro, se puede ver simplemente un punto, una esfera. Puede que en el futuro seamos capaces de ver con mucho más detalle, pero por ahora, sólo es esférico. La mejor imagen de un átomo es una imagen matemática.
¿Es entonces el átomo una esfera perfecta?
La imagen que hemos tomado hasta ahora muestra que son esféricos. Incluso desde el principio del nivel escolar, se nos enseñó que los átomos son esféricos, cada demostración contenía un objeto esférico similar a una bola de billar como átomos. Pero, ¿es correcta esta imagen esférica?
En ciertas aproximaciones, esta imagen del átomo es correcta. Puede haber distorsiones y podemos ignorarlas para facilitar las cosas. Las nubes de electrones girando alrededor de un potencial establecido por el núcleo con una cierta energía discreta, nos dan una visión esférica.
Dificultades en la visualización
El tamaño de un átomo es extremadamente pequeño. Por lo tanto, hay varias dificultades para imaginarlo. La luz visible ordinaria tiene una longitud de onda mucho mayor que el tamaño del átomo, por lo que no puede utilizarse para ver los átomos. Dicha luz puede difractarse y no se forma una imagen clara. Sin embargo, los electrones pueden tener una longitud de onda 100.000 veces menor que la luz visible, por lo que pueden tener un mejor poder de resolución.
El microscopio electrónico también puede utilizarse para ver átomos, pero aún así, tiene una resolución limitada. Sólo podemos ver la imagen esférica de un átomo como hemos comentado anteriormente. Además, todavía no se ha desarrollado un microscopio que tenga mejor resolución que el microscopio electrónico.
El tamaño del mundo atómico no es sólo la razón que dificulta su visualización, su rareza hace que las cosas sean aún más complejas. Los electrones de un átomo se comportan como una onda además de como una partícula y hay incertidumbre, la de Heisenberg. Por tanto, ver los átomos como vemos los objetos en la vida real es completamente absurdo. Sólo hay una imagen verdadera del átomo y su imagen matemática.
La imagen real de un átomo
Los átomos son realmente invisibles para nosotros. La luz visible, la luz que vemos, no puede resolver la imagen de un átomo. Por lo tanto, la imagen real de un átomo es matemática. Las matemáticas son lo único que perciben los físicos y una imagen matemática es la verdadera imagen del átomo.
Según ésta, los electrones están alrededor del núcleo, cada uno en un estado fijo, representado por una función matemática llamada función de onda. No sólo los electrones, sino toda la partícula cuántica puede ser representada por una función de onda. La función de onda tiene toda la información sobre la partícula y si queremos medir algún valor asociado a ella, utilizamos un operador asociado a la misma.
De forma similar, las partículas del núcleo, neutrones y protones también pueden ser representadas por dichas funciones de estado. Finalmente, lo único que necesitamos es el valor matemático de las diferentes magnitudes que están asociadas a una partícula, que se puede obtener a partir de esas funciones. Si podemos calcularlas con mayor precisión, la resolución es mayor. Así es la imagen de un átomo, sólo hay que calcular, al fin y al cabo, ver también es un acto de medición.