題:
兩個物體“接觸”是什麼意思?
Thomas Shields
2012-04-15 21:55:25 UTC
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如果您曾經被一個極客煩惱,您可能會熟悉

“我不是實際上撫摸著你!我皮膚上的原子中的電子與你的電子真的越來越接近!”

稍微擴大一點,看來這令人討厭是正確的。畢竟,請考慮芝諾的悖論。每次嘗試同時觸摸兩個對象時,都必須將它們放到一半,然後四分之一等位置。換句話說,兩個對象之間總是存在無限的距離。

原子不要彼此“接觸”;甚至原子核中的質子和中子也不會“相互接觸”。

那麼兩個物體相互接觸意味著什麼?

  1. 結合形成一個分子的原子是否“接觸”?我猜想原子是接觸的,因為它們有些重疊,但是亞原子粒子只是在旋轉,彼此避開。如果是這種情況,是否應該相對於某些上下文定義“觸摸”?也就是說,如果我觸摸您的手,我們的手就會觸摸,但是除非您撿起我的某些DNA,否則我們手中的分子就不會觸摸?而且由於分子沒有變化,所以原子也沒有接觸嗎?
  2. 真的沒有“觸摸”之類的東西嗎?
  3. ol>
有點柔和和哲學,但我認為(a)這裡有一些實際的物理學,(b)有機會闡明物理學家對這類問題提出的思維定式。
@dmckee同意了。目前,我將其理解為1)下的第二個問題-“觸摸”是相對於上下文的-這是一種有趣的思維方式
順便說一句,“即使原子核中的質子和中子也不會彼此“接觸””。首先,很難為這些物體的“大小”提供一個很好的定義,但是重核的密度與單個核子的密度非常相似,並且核展現出一些行為,這些行為向早期核物理學家建議:核子合併成斑點。查找(現在已不推薦使用的)“液滴模型”。
接觸是兩個退化的冷費米子集合關閉並產生交換力的一種現象。在電子波函數被局限的範圍內,它是尖銳的。但是,祂中的兩個電子在碰觸嗎?氖電子嗎?中子穿過牆壁怎麼樣?
“討厭是兩個退化的冷費米收藏的縮影,它們相互關閉,並產生一種交換力。”我討厭有所不同,但是我不相信浪漫小說中對它的描述。
我認為提到芝諾悖論在這裡沒有幫助。 “悖論”是基於(儘管很有趣)的誤解,因此有一個解決方案。
《分鐘物理學》(在YouTube上)剛剛播放了有關該主題的視頻:http://www.youtube.com/watch?v=BksyMWSygnc
Vsauce YouTube視頻[_您無法觸摸任何東西_](http://www.youtube.com/watch?v=yE8rkG9Dw4s)。
五 答案:
Terry Bollinger
2012-04-16 09:43:58 UTC
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哇,這個答案已經被過度解答了,我知道...但這是一個 fun 問題!所以,這是一個尚未被回答的答案,嗯,…………)

您,先生,無論您年齡多大(帶孩子的人都會明白我的意思),已經要求對量子力學最深層的問題之一做出回答。在High Nerdese的量子物理學方言中,您的問題可以歸結為:半整數自旋粒子為何表現出 Pauli排斥-也就是說,為什麼它們拒絕保持相同的狀態,包括在太空中同時處於同一位置?

您是完全正確的,因為總體上來說,大部分都是太空。但是,結合原子的具體例子可以說是 bonding ,而不是觸摸的例子。這相當於一個10歲的兒子不僅會戳他12歲的妹妹,而且還會用手上的強力膠戳她,這是我所犯下的一種更為嚴厲的罪行

相反,觸摸意味著您需要 push (即施加一些真實的能量)來製作兩個對象互相聯繫。而且典型地,在推動之後,兩個對象在大多數情況下仍然保持獨立(甚至保持聯繫),甚至在聯繫建立後稍微回彈。

所以,我認為有人可以爭論“什麼在感動”背後的真正問題是什麼?是“為什麼當您嘗試將固體對象推在一起時,它們不希望被壓縮?”如果不是這種情況,那麼觸摸的整個概念就會崩潰。我們都會充其量成為無法互相聯繫的幽靈實體,有點像千尋千尋,因為她試圖在千與千尋的第二次會議期間將白宮推開。

現在以此作為查詢的強化版本,為什麼 do 對像這樣的人在見面時不僅會彼此穿梭,特別是因為它們(如上所述)幾乎完全由空白空間構成? / p>

現在,反射性答案(這不是一個不好的答案)很可能是電荷。那是因為我們都知道原子是被帶負電的電子包圍的正核,並且帶負電的排斥力。因此,以這種方式陳述,當這些相當模糊的原子的外部“邊緣”過於接近時,它們各自的電子集將彼此接近而彼此排斥,這也許就不足為奇了。因此,通過這個答案,“接觸”將僅是原子彼此之間如此接近以至於它們的帶負電的電子云開始相互碰撞的問題。這種排斥需要克服力,因此這兩個物體“接觸”了它們周圍原子電子周圍的電場,從而彼此可逆地相互壓縮而不合併。

聲音非常正確,甚至 ...在一定程度上都是正確的。

這是思考問題的一種方法:如果僅涉及收費,那麼為什麼當它們的電子云彼此靠近時,某些原子是否完全具有相反反應?例如,如果將鈉原子推向接近氯原子,則得到的是兩個原子躍躍成彼此更緊密地擁抱,從而釋放出能量,這種能量釋放通常用諸如“ BOOM!”之類的詞來描述。顯然,這裡發生的不僅僅是電荷排斥,這是因為原子周圍的電子至少有一些組合想要相互靠近而不是遠離。”

那麼,這保證了兩個分子會互相靠近,而是說“你好,美好的一天...但是,呃,你能不能退後一點,它變得悶了?”

這種普遍的抵製過於緊密的原因並不是電荷(仍然起著作用),而是電荷,而是我之前提到的保利排斥效應。在有關化學的開篇課文中,通常會忽略Pauli排除法,這也許就是為什麼諸如觸摸方式之類的問題也經常懸而未決的原因。如果沒有Pauli排除,觸摸-兩個大對像在不合併或合併的情況下進行接觸的能力-始終會有點神秘。

那麼Pauli排除是什麼?就是這樣:非常小的,非常簡單的粒子總是以非常特殊的方式旋轉(旋轉),總是一直堅持要有所不同,就像大家庭中的孩子一樣,每個人都希望自己的獨特之處角色,能力或區別。但是,與人不同,粒子是非常簡單的事物,因此它們只有非常有限的一組選項可供選擇。當它們用完這些簡單的選項時,只剩下一個選項:除了任何其他粒子之外,它們還需要自己的空間。然後他們將確實非常激烈地捍衛那片太空。正是由於對自身空間的防禦,導致大量電子集合體堅持要佔據越來越多的整體空間,因為每個微小的電子都在雕刻出自己獨特且受到激烈保護的草皮部分。

顆粒具有這種特殊類型的自旋的稱為 fermions ,而普通物質由三種主要類型的費米子組成:質子,中子和電子。對於電子,只有一個一個識別功能可以將它們彼此區分,也就是它們如何旋轉:逆時針(稱為“向上”)或順時針(稱為“向下”)。您可能認為它們還有其他選擇,但這也是物理學的一個深奧的謎團:非常小的物體攜帶的信息非常有限,以至於在選擇時甚至無法選擇兩個以上的方向。旋轉。

但是,對於理解原子必須參與觸摸之前必須處理的 bonding 問題,這一選擇非常重要。兩個電子具有相反的自旋,或者俱有通過使原子以正確的方式旋轉而彼此相反的自旋,不會彼此排斥:它們相互吸引。實際上,它們吸引瞭如此之多,以至於它們成為該“ BOOM”的重要組成部分!我之前提到鈉和氯,它們都具有孤獨的電子而沒有自旋夥伴,它們在等待。動臂有多高的動力還有其他因素,但關鍵是,直到電子形成瞭如此整齊,整潔的電子對之前,它們就不需要佔據空間了。

一旦鍵合但是,一旦發生了這樣的事情-一旦原子處於排列狀態,不會讓不想要的電子圍成一團想要緊密結合-那麼電子的領土方面就走到了最前沿:它們開始激烈地捍衛自己的地盤。

這種對草皮的防禦首先以電子圍繞原子運動的方式展示自己,因為即使在這種情況下,電子也堅持要在形成兩個電子的第一個配對之後,割出自己獨特的和物理上獨立的軌道。可以想像,在同時周圍嘗試繞原子運行時,試圖遠離其他電子對可能會導致一些非常複雜的幾何形狀。而且,這也是一件好事,因為那些複雜的幾何結構導致了一種叫做化學的事情,由於新的電子被擠入各種奇怪的且通常高度暴露的外部軌道,不同數量的電子可以表現出非常不同的特性。

在金屬中,它變得如此糟糕,以至於最外面的電子本質上變成了社區子,它們圍繞著整個金屬晶體滑動而不是粘在單個原子上。這就是金屬很好地傳遞熱量和電能的原因。實際上,當您看著有光澤的金屬鏡面時,您直接看到的是這些社區電子中運動最快的電子。這也是為什麼在外層空間中,您必須非常小心地使兩塊乾淨的金屬彼此接觸,因為在所有這些電子相互拉動的情況下,這兩塊很可能決定結合成一個新的金屬塊只是感動。這種效果稱為真空焊接,這是為什麼您需要謹慎假設接觸的固體將始終保持分離的一個示例。

但是許多材料,例如您和您的皮膚,都不會這樣做。它們中有很多這些電子,而是充滿了對它們已經存在的情況非常滿意的電子對,謝謝。當這些這些材料和這些電子接近時,保利排斥效應就成立了,電子對它們的草皮變得非常防禦。

從大規模的角度來看,結果就是我們所說的接觸:在不輕易推入或合併的情況下進行接觸的能力,所有這些高含量電子的大規模總和,捍衛了它們的小草皮。

因此,為什麼電子和其他費米子如此迫切地希望自己擁有獨特的狀態和空間呢?為什麼在每次做的實驗中,這種對合併的抵制總是和我提到的那種特殊的旋轉相關,這種旋轉是如此的微小和奇怪,以至於不能在普通的三維空間中描述?

我們有這種效果的非常有效的數學模型。它與反對稱波函數有關。這些驚人的模型對諸如所有現代電子設備背後的半導體行業以及一般的化學以及當然對基礎物理的研究等都有幫助。

但是,如果您問“為什麼”問題,這變得更加困難。我認為,最誠實的答案是“因為我們所看到的:半自旋的粒子具有反對稱的波函數,這意味著它們捍衛了它們的空間。”

但是將兩者緊密地聯繫在一起-某種意義上所謂的自旋統計問題-從來沒有像理查德·費曼(Richard Feynman)那樣令人滿意地回答過。實際上,他斷斷續續地斷言這(以及量子物理學中的其他幾項)基本上仍然是奧秘,而對於我們知道的宇宙為何如此運作,我們缺乏真正的深刻見識。 p>

那,先生,這就是為什麼您要問“正在觸摸什麼”的問題?觸及到物理學深奧的奧秘,超出您的想像。這是一個很好的問題。


2012-07-01附錄

以下是我為S.E做的與相關的答案。化學。它涉及許多相同的問題,但更著重於為什麼電子的“自旋配對”使原子能夠彼此共享和竊取電子-也就是說,它使它們形成鍵。這不是經典的關於結合的教科書解釋,而且我使用了許多非正式的英語單詞,這些單詞在數學上並不准確。但是物理概念 是準確的。我的希望是,對於不帶電荷的原子(例如氯)如何克服中性原子(例如鈉)的巨大靜電吸引來竊取其一個或多個電子的巨大謎團,它可以提供更好的直觀感覺。 >

這是一個*驚人的答案。我對物理學並不陌生,因此這既是我化學專業的精彩回顧,也是一個神話般的解釋。我不敢相信我沒有想到保利排除原則!
托馬斯,謝謝,很高興您喜歡我的回答。我也很開心寫它!
即使不是一些嚴重的錯誤,這也是一個很好的答案:首先,說“粒子旋轉(旋轉)”是錯誤的。旋轉對於類似點的對像沒有意義,它們只是具有spin_,但不旋轉。第二,電子本身不會吸引。他們總是排斥。即使我們忘記了波函數的反對稱性,兩個質子和兩個電子的系統也將具有束縛態。因此,吸引力是電子和原子核的集體效應,而不僅僅是Pauli排除的電子。最後,“繞行”是關於電子如何運動的非常糟糕的措辭。
嗨,羅斯蘭:是的,有點難以旋轉的點粒子,不是嗎?有一個很棒的故事,關於泡利如何exc毀他的“旋轉電子”的想法,從而使一個窮人為諾貝爾獎而付出了諾貝爾獎,以至於那個人在襲擊了其他重複此想法的人之後徹底徹底地失敗了……甚至在_Pauli_之後翻轉並採取了一個更妥協的解決方案,即即使一個點粒子無法“旋轉”,它也可以某種方式具有角動量的量化形式。遊戲這個詞變得很有趣,因為要清楚地說明每個詞組如何適用都遠遠不夠。
Boris
2012-04-15 22:14:26 UTC
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當2個對象(您和怪胎)之間的交換排斥交互作用擴展到任意值(例如1meV)時,可以用“科學手段”來表示常識接觸。我留下了一個可以接受的閾值,可以輕鬆地對其進行後續討論。 :)

dmckee --- ex-moderator kitten
2012-04-15 22:12:55 UTC
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作為一種有用的啟發式方法,我將沿著

由於相同身體

的其他成分而在附近的{*}分子產生的影響,您可以通過替換“可比”來使它更加嚴格

當然,必須考慮通過分子間作用力產生任一物體不可忽略的變形的任何情況。

>


{*}在固體中-並且我現在只討論固體-每個分子在各種電磁力的作用下都與其鄰居保持大致恆定的關係。當然,在平衡狀態下, net 為零(至少在比熱運動時標更長的時標上進行平均)並且不會提供太多的標度。但是那個網是來自多個鄰居的推和拉的組合。將這些一對一作用力大小​​的平均值作為比較的合適標度。

流體中的情況並不簡單,因為鑽頭中的 not 不固定彼此之間的關係,但是我們可能只能使用相同的局部平均數。


在這些定義下,令人煩惱的11歲小男孩正在觸摸您和在這個高度發展的暴力後社會中,應該被輕拍到頭頂。

您能解釋一下“平衡分子間力”而不是“分子間力”的意思嗎?我可能在這裡缺少真正明顯的東西,我不是物理學天才,但是如果它真的很簡單,我感到抱歉。 :)
@ThomasShields這是一個很好的問題,因為我剛剛意識到它定義不明確。馬上編輯。
該編輯確實有幫助。總而言之,您是說如果B必須對該力施加不可忽略的抵抗力,A便會觸碰B?
@ThomasShields。是的,大概。但是,在我尋求的第一個建議之上,我的“照亮思維定式” *的建議是將系統中“可忽略的”與之進行比較的自然尺度。
對於非牛頓流體,粘度在人類感知的明顯時間範圍內變化,情況又如何呢?
Pygmalion
2012-04-16 00:01:50 UTC
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對於我們通常認為是理所當然的事情,這是一個非常合理的問題。

我認為可以將宏觀上定義為一種情況,其中兩個電中性剛體大於純重力(具有一些可測量的值)。區別當然是表面力的法向分量加摩擦力。

相關的問題是“如何測量或定義表面力的法向分量”?法向分量顯然是間接定義的,與所有其他力的法向分量之和相反!

Nikolaj-K
2012-04-15 22:28:08 UTC
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至少只要您不給自己“觸摸”定義(如空間DNA轉移),這更是一個哲學問題,而不是物理問題。

您提到了芝諾悖論,但是人們可以用許多不同的方式來處理/解釋這一問題,涉及關於“意圖”,“意識”,“我”等的問題。我的意思是您的皮膚上存在著大量的生命形式,您將其視為“您”。另外,如果您戴手套/避孕套,它是否不接觸?觸摸的概念至少與點的概念一樣困難。

就我的品味而言,您也“對物理學太直白”。用物理術語交談是指(人工)物理理論中包含的術語。而且,您甚至不需要量子力學波函數即可觀察到接觸是抽象的東西。當真正可以忽略遠距離部隊的力量似乎是一個問題時,應該用“從不”(或“這是我認為最好的答案”)通過實際的操作手段來回答八分。



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