Rozwiązanie konkursu „Kwantowy Wszechświat”

Powód tego jest złożony. Po pierwsze, cząstki mikroświata, takie jak elektrony czy protony i neutrony (z tych ostatnich dwu rodzajów cząstek zbudowane są jądra atomów), czy też wreszcie same jądra atomów, mają odmienną naturę niż cząstki makroświata, zachowują się bowiem czasem jak fale a czasem jak cząstki. Ta dwoistość ich natury jest związana z inną ich właściwością, którą wyraża słynna zasada nieoznaczoności Heisenberga. Zasada ta mówi w przybliżeniu, że położenie i prędkość dowolnej cząstki mikroświata (np. elektronu) nie są ściśle określone, lecz są określone w pewnych przedziałach wartości. Przedziały te, zwane nieoznaczonościami, są związane ze sobą, mianowicie im jeden z nich jest większy, tym drugi jest mniejszy. Z drugiej strony przyroda ma pewną bardzo fundamentalną właściwość, mianowicie każdy układ fizyczny, np. pojedynczy atom, jest, albo „stara się” być w stanie o najniższej możliwie energii. I tu dochodzimy do sedna sprawy. Otóż w rzeczywistości stan każdego pojedynczego atomu ma najniższą energię nie wtedy, kiedy elektrony spadłyby na jądra, lecz wtedy, kiedy elektrony są oddalone od jąder o odległość – jak wspomniałem wyżej – około stu tysięcy razy większą niż rozmiary jąder. Tłumaczy to tylko wspomniana wyżej zasada nieoznaczoności Heisenberga. I takie są atomy. Nie da się ich ścisnąć, np. stąpając po podłodze, i przybliżyć elektrony do jąder. Możesz zatem stąpać, biegać, tupać, a podłoga i tak się nie zapadnie pod stopami.

Wyjaśnieniem „nieprzenikalności” podłogi (materii) jest reguła Pauliego (zakaz Pauliego), zwana także zasadą Pauliego lub prawem Pauliego.

Podłoga nie zapada się, ściany się nie zawalają, ani bez wyraźnej przyczyny nie zapadamy się pod ziemię, a odpowiedzialne są za to m.in. siły wiążące atomy, utrzymujące atomy w całości, a także niezwykle precyzyjna budowa atomów. Wszystko w atomie ma swoje sprecyzowane przez liczby kwantowe miejsce, jak choćby przez liczbę spinową. Np. rozmieszczenie elektronów w atomie określa reguła zwana zakazem Pauliego, mówiąca, iż dwie cząstki nie mogą charakteryzować się dokładnie takimi samymi liczbami kwantowymi.