Los átomos, constituyentes fundamentales de la materia, están compuestos principalmente de vacío. El núcleo, extremadamente pequeño, está rodeado de electrones en movimiento. A pesar de esta estructura mayoritariamente vacía, los objetos sólidos resisten la penetración debido a fuerzas fundamentales.
La repulsión electrostática impide que los átomos se acerquen entre sí. Los electrones que rodean cada núcleo atómico, cargados negativamente, se repelen mutuamente cuando se aproximan. Este fenómeno es similar a la repulsión entre dos imanes con los mismos polos. Mantiene la solidez de los materiales evitando cualquier superposición atómica.
El principio de exclusión de Pauli refuerza esta imposibilidad. Los electrones, al ser fermiones, no pueden ocupar el mismo estado cuántico. Incluso si imaginamos dos nubes electrónicas superponiéndose, este principio prohíbe esta configuración. Así, incluso bajo presión, los átomos no se fusionan, preservando la integridad de la materia.
Sin embargo, la mecánica cuántica introduce una excepción teórica con el efecto túnel. Una partícula puede franquear una barrera energética con una probabilidad ínfima. Para un objeto macroscópico como un humano, con tantos átomos y partículas, esta probabilidad es prácticamente nula. Es tan baja que no ocurriría en la edad del Universo.
En el átomo, entre el núcleo y la nube electrónica, hay vacío, mucho vacío.
Estos principios explican por qué no podemos atravesar las paredes. Aseguran la estabilidad de nuestro mundo cotidiano. Sin ellos, la materia no tendría forma definida, y el Universo sería radicalmente diferente.
¿Qué es la repulsión electrostática?
La repulsión electrostática es una fuerza que empuja a las partículas con la misma carga a alejarse unas de otras. Se deriva de la ley de Coulomb en electromagnetismo.
Esta fuerza actúa a distancia y depende de la magnitud de las cargas y de su separación. Engendra numerosas propiedades, como la estructura de los átomos y las moléculas. Para los materiales sólidos, impide que los átomos se compriman más allá de cierto límite. Contribuye así a la rigidez y dureza de los objetos.
Comprender esta fuerza ayuda a explicar por qué las interacciones a escala microscópica dictan el comportamiento macroscópico.
¿Cómo funciona el efecto túnel cuántico?
El efecto túnel es un fenómeno cuántico donde una partícula atraviesa una barrera energética que clásicamente no debería poder franquear. Resulta de la naturaleza ondulatoria de las partículas.
La función de onda de la partícula no se anula instantáneamente en la barrera, sino que decrece exponencialmente. Si la barrera es suficientemente delgada, existe una probabilidad no nula de encontrar la partícula al otro lado.
Aunque contraintuitivo, está bien establecido experimentalmente y tiene aplicaciones tecnológicas importantes.