Un atomo è un elemento fondamentale della materia. Vediamo un’immagine dell’atomo nei libri e potresti aver disegnato l’atomo durante gli anni di scuola. Un atomo ha un aspetto rotondo come quello?
L’immagine reale di un atomo
Siamo un essere che vuole visualizzare tutto. Vogliamo vedere la luce in termini di raggi o anche quantità astratte come l’amore in termini di comportamenti. Forse la visualizzazione assicura l’esistenza di qualcosa, secondo me. Sì, l’essenza stessa dell’esistenza di qualcosa è la sua visualizzazione.
Questo è il motivo per cui i concetti di atomi sono stati scartati fino a quando Albert Einstein ha permesso di visualizzare gli atomi attraverso l’interpretazione statistica del moto browniano. Viola! C’è un atomo, esiste matematicamente. Ma l’immagine reale dell’atomo è rimasta oscura a causa della sua natura in miniatura. Ora, le cose sono diverse.
Come è fatto un atomo?
Gli atomi sono ciò che compone ogni materia. Quindi, in un certo senso, si vedono gli atomi. È ciò che tutto è, anche tu sei un grumo di atomi, vero? Ma vi siete chiesti quale sia l’immagine dell’atomo, un atomo individuale?
La dimensione di un atomo è di circa 10-100 miliardesimi di frazione di metro. Quindi, visualizzare un atomo individuale è un compito un po’ difficile, non impossibile come la tecnologia moderna ha insinuato. Nonostante questa natura miniaturizzata, lo sviluppo del microscopio elettronico ha reso gli scienziati capaci di fotografare effettivamente un atomo. Potete trovare una foto di un atomo, singolo e isolato qui.
Gli atomi sono oggetti puntiformi. Un punto su una carta è approssimativamente circolare e nello spazio tridimensionale è una sfera. Quindi, in un certo senso, è consuetudine pensare a un atomo come sferico.
Inoltre, se avete un microscopio ad altissima risoluzione, che può distinguere un oggetto separato da quasi centinaia di milionesimi di frazione di metro, potete vedere solo un punto, una sfera. Forse in futuro saremo in grado di vedere in modo molto più dettagliato, ma per ora, è solo sferico. L’immagine migliore di un atomo è quella matematica.
L’atomo è allora una sfera perfetta?
L’immagine che abbiamo fatto finora mostra che sono sferici. Anche dall’inizio del livello scolastico, ci è stato insegnato che gli atomi sono sferici, ogni dimostrazione conteneva oggetti sferici simili a palle da biliardo come atomi. Ma questa immagine sferica è corretta?
In certe approssimazioni, questa immagine dell’atomo è corretta. Ci possono essere distorsioni e possiamo ignorarle per semplificare le cose. Le nuvole di elettroni che ruotano intorno ad un potenziale creato dal nucleo con una certa energia discreta, ci danno una visione sferica.
Orrdi nella visualizzazione
La dimensione di un atomo è estremamente piccola. Quindi, ci sono varie difficoltà nell’immaginarlo. La luce visibile ordinaria ha una lunghezza d’onda molto più grande della dimensione atomica, quindi non può essere usata per vedere gli atomi. Tale luce può essere diffratta e non si forma un’immagine chiara. Tuttavia, gli elettroni possono avere una lunghezza d’onda 100.000 volte più piccola della luce visibile, quindi possono avere un migliore potere risolutivo.
Anche il microscopio elettronico può essere usato per vedere gli atomi, ma ha una risoluzione limitata. Possiamo vedere solo l’immagine sferica di un atomo come abbiamo discusso sopra. E, un microscopio con una risoluzione migliore di un microscopio elettronico non è ancora stato sviluppato.
La dimensione del mondo atomico non è solo la ragione che lo rende difficile da visualizzare, la sua stranezza rende le cose ancora più complesse. Gli elettroni in un atomo si comportano sia come onde che come particelle e c’è incertezza, l’incertezza di Heisenberg. Quindi, vedere gli atomi come vediamo gli oggetti nella vita reale è completamente assurdo. C’è solo una vera immagine dell’atomo e la sua immagine matematica.
L’immagine reale di un atomo
Gli atomi sono effettivamente invisibili per noi. La luce visibile, la luce che vediamo non può risolvere l’immagine di un atomo. Quindi, l’immagine reale di un atomo è matematica. La matematica è l’unica cosa percepita dai fisici e un’immagine matematica è la vera immagine dell’atomo.
In base ad essa, gli elettroni sono intorno al nucleo, ognuno in uno stato fisso, rappresentato da una funzione matematica chiamata funzione d’onda. Non solo gli elettroni, ma tutta la particella quantistica può essere rappresentata da una funzione d’onda. La funzione d’onda ha tutte le informazioni sulla particella e se vogliamo misurare qualsiasi valore associato ad essa, usiamo un operatore associato ad essa.
Similmente, anche le particelle nel nucleo, neutroni e protoni possono essere rappresentate da tali funzioni di stato. Infine, l’unica cosa di cui abbiamo bisogno è il valore matematico delle diverse quantità che sono associate a una particella, che può essere ottenuto da queste funzioni. Se possiamo calcolarle con maggiore precisione, la risoluzione è maggiore. È così che appare l’immagine di un atomo, basta calcolare, dopo tutto, vedere è anche un atto di misurazione.