Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Hvað er milli atóma fyrir utan efnatengi? Er til algert tómarúm?

Að vissu leyti hefur þessari spurningu verið svarað áður hér á vefnum (sjá Kristján Rúnar Kristjánsson: Hvað er tómarúm? Er tómarúm "efni"?), en við viljum nú draga upp nokkrar hliðstæður til að skýra málið enn frekar. Að lokum munum við komast að því að tómarúmið er alls ekki tómt!

Atóm eða frumeindir eru sett saman úr kjörnum með jákvæðri rafhleðslu og rafeindum með neikvæðri hleðslu. Þó að atóm geti í heild verið óhlaðið halda rafkraftar því saman og við notum rafsvið til þess að lýsa þessum kröftum. Inni í atómunum og milli þeirra er rúm sem okkur virðist í fyrstu vera tómt af efni, en um það leika þó greinilega rafsvið og segulsvið. Okkur gæti dottið í hug að segja að þar með sé augljóst að rúmið milli atóma sé tómt, en athugum það nánar.

Skammtafræðin sem lýsir þessum kerfum segir einnig að í "tómarúminu" séu stöðugt að myndast pör einda sem eyðast skömmu síðar. Sum þessara para hafa rafhleðslur sem breyta rafsviðinu í kringum sig meðan þau lifa. Þegar þetta er skoðað nánar kemur í ljós að tómarúmið er einna líkast iðandi vatni við suðu í potti. Í stað gufubóla sem myndast og eyðast án afláts flöktir bæði efnissviðið í því með paramyndun og eyðingu og rafsegulsviðið flöktir einnig, jafnvel þó engin pör hlaðinna einda væru sífellt að skapast og eyðast. Hvernig getum við orðið vör við þetta sífellda flökt?

Tökum dæmi sem virðist í fyrstu fjarskylt. Í kristöllum málma og hálfleiðara er viss hluti rafeindanna bundinn innst í atómunum en annar hluti þeirra getur streymt nokkuð frjáls um kristallinn. Frjálsu rafeindirnar verða fyrir áhrifum hlöðnu jónanna sem myndast þegar rafeindir hverfa úr atómum og aðeins bundnar rafeindir sitja eftir ásamt atómkjarnanum. Rafeindirnar laga sig að rafkröftum jónanna í kristallinum, en þær rekast ekki beint á jónirnar ef jónirnar eru fastar á sínum stað í rúminu.

Nú vill svo til að um kristallinn ganga eins konar skjálftabylgjur því að jónirnar eru ekki fastar í rúminu. Þessar bylgjur kallast hljóðeindir og sagt er að rafeindirnar geti rekist á hljóðeindir, óhreinindi eða verði fyrir rafkröftum frá jónunum. Þegar massi rafeindanna er mældur óbeint í kristallinum, til dæmis með því að kanna hröðun þeirra vegna ytri krafta á þær, fæst ekki sama tala og fyrir frjálsa staka rafeind utan kristalls. Sagt er að umhverfi rafeindanna, kristallurinn, gefi þeim svo kallaðan virkan massa. Þessi virki massi getur eftir atvikum verið miklu minni eða stærri en massi stakrar rafeindar utan kristalls.

Svipað gerist í atómi eða sameind. Hið sífellda flökt efnissviðsins og rafsegulsviðsins í kringum atómið veldur því að orkan sem þarf til þess að örva atómið milli tveggja orkustiga sinna er ekki sú sama í mælingu og í líkani án flöktsins. Áhrif skammtaflöktsins í tómarúminu eru því mælanleg. Enn frekar eru massi og hleðsla rafeindar sem við mælum utan kristalls undir áhrifum þessa flökts. Við höfum enga hugmynd um massa og hleðslu rafeindar sem væri ein í tómu rúmi! Uppbygging tómarúmsins hefur því bein áhrif á rafeind í atómi eins og uppbygging kristalls hefur áhrif á rafeind í honum.

Sögunni lýkur ekki hér því að milli einda verkar líka þyngdarkraftur. Einstein lýsti þessum þyngdarkrafti sem sveigju rúmsins. Það er því ekki nóg með að uppbygging tómarúmsins ákvarði eiginleika efnisins heldur stýrir efnið líka eiginleikum rúmsins. Hvorugt getur án hins verið!

Ég held að hér sé komið að því að við verðum að játa að "tómarúm" í merkingu fyrri alda er ekki til. Athyglisvert er einnig hvernig einingar líkansins víxlverka saman og erfitt er að að tala um einn þátt óháð öðrum: allt virðist að lokum bíta í halann á sér og ákvarða þarf eiginleika kerfisins þannig að allt verði sjálfu sér samkvæmt.



Mynd: HB

Útgáfudagur

26.4.2001

Spyrjandi

Stefán Jónsson

Höfundur

Viðar Guðmundsson

prófessor í eðlisfræði við HÍ

Tilvísun

Viðar Guðmundsson. „Hvað er milli atóma fyrir utan efnatengi? Er til algert tómarúm?“ Vísindavefurinn, 26. apríl 2001. Sótt 25. febrúar 2018. http://visindavefur.is/svar.php?id=1539.

Viðar Guðmundsson. (2001, 26. apríl). Hvað er milli atóma fyrir utan efnatengi? Er til algert tómarúm? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=1539

Viðar Guðmundsson. „Hvað er milli atóma fyrir utan efnatengi? Er til algert tómarúm?“ Vísindavefurinn. 26. apr. 2001. Vefsíða. 25. feb. 2018. <http://visindavefur.is/svar.php?id=1539>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Sigrún Lilja Einarsdóttir

1974

Sigrún Lilja Einarsdóttir er dósent og forseti félagsvísinda- og lagadeildar Háskólans á Bifröst og hefur stundað rannsóknir á sviði menningarstjórnunar og félagsfræði listgreina.