Fast jedes Mal, wenn jemand über Atome spricht, wird irgendwann so etwas erwähnt:
Wenn wir die Zwischenräume zwischen den Atomen und Atomkomponenten entfernen, können wir das Sonnensystem in einen Fingerhut stecken .
Oder
Wenn wir die Zwischenräume zwischen den Elektronen und dem Kern entfernen, können wir das Universum in einen Baseball stecken.
Ich weiß, dass Atome meistens leer sind , aber ich fand diese Aussagen immer übertrieben.
Können wir das Sonnensystem wirklich in einen Fingerhut stecken (wenn wir all diese Leerzeichen entfernen)?
Keine dieser Aussagen ist wahr. Es ist eine einfache Annäherung: Bei einem Neutronenstern ist der gesamte „Raum“ zwischen den Nukleonen entfernt – also müssen wir nur wissen, wie groß ein Neutronenstern mit einer Masse gleich der des Sonnensystems wäre. Nun, die einzige signifikante Masse ist die Sonne (Jupiter hat etwa 1 % der Masse der Sonne – vernachlässigbar). Wenn die Sonne zu einem Neutronenstern komprimiert würde, hätte sie einen Radius von etwa 10 km (bis zu etwa 50 % Genauigkeit). Sehen Sie sich diesen netten Vortrag über die Radien von Neutronensternen an .
Sonnensystem:
Wenn Sie also den gesamten „Raum“ zwischen allen Atomen in den Sonnensystemen entfernen würden, würde es ein Objekt von der Größe einer großen Stadt oder einer kleinen Stadt bilden.
Universum:
Offensichtlich würde das Sammeln all dieser Masse ein Schwarzes Loch ergeben. Aber konzeptionell, wenn wir einige Schätzungen von sehr großer Größenordnung für das Universum als Ganzes verwenden , wenn wir davon ausgehen, dass es ungefähr gibt
-
Sterne (ich denke, diese Schätzung ist ziemlich hoch), dann wäre der Radius etwa 1-100 Mpc oder ungefähr 10 Millionen bis 1 Milliarde Lichtjahre.
Bearbeiten (um die Frage selbst zu beantworten):
Das Konzept der „Größe“ für Atome und Kerne hat einige Grauzonen, aber Sie können die Größe eines Wasserstoffatoms oder die Größe eines Protons / Neutrons auf eine Größenordnung definieren. Eine Aussage wie „entferne den gesamten leeren Raum“ ist viel nebulöser und endet weitgehend mit einer Frage der Semantik. Eine genauere Formulierung des zu Grunde liegenden Begriffs könnte etwa lauten:
„Wie viel Volumen nehmen die dominierenden Massenbestandteile der Materie ungefähr ein?“
Die Idee ist, dass Nukleonen (Protonen und/oder Neutronen) 2000-mal massiver sind als Elektronen und damit der wichtige Bestandteil der Masse. Zur selben Zeit,
).
Wenn Sie die Masse in einen so kleinen Raum komprimieren könnten, würde sie zu einem Schwarzen Loch zusammenbrechen , an welchem Punkt der Begriff „Größe“ schwieriger zu definieren ist, da die Raumzeit so verzerrt ist. Der "Ereignishorizont"-Radius wäre etwa 3 km, wenn ich die Formel richtig verstehe.
Die Idee „es gibt viel Platz in Atomen“ stammt von Berechnungen, die besagen, dass der „Radius“ des Kerns etwa 10 –5 des Atomkerns beträgt – also könnten wir theoretisch die Sonne zu einer Kugel mit 10 km komprimieren Radius oder so. Aber der Begriff „Radius“ ist nicht sehr eindeutig, wenn wir über subatomare Teilchen sprechen.
Die Memes „Leerzeichen entfernen“ und „Atome sind meistens leer“ für Atomkerne sind interessant, aber ich beiße jedes Mal die Zähne zusammen, wenn ich das höre.
Eine Beschreibung, die besser zu mir passt, wäre "die elektromagnetische Kraft entfernen". Konzepte der Größe und des Raums von Partikeln basieren darauf, wie sie unter Verwendung von Kräften interagieren. Es gibt keine Beweise dafür, dass Elementarteilchen eine messbare Ausdehnung haben, außer der, die auf Kräften beruht - selbst die Kerne nehmen nur den Raum ein, den sie aufgrund der starken Kraft einnehmen.
Verschiedene Theorien von allem schlagen vor, dass es eine kleinste Größeneinheit gibt, und grundlegende Teilchen könnten auf dieser Ebene eine „Größe“ besitzen. Es ist viel viel kleiner als die Größe eines Atomkerns.
Also ja, wenn Sie die elektromagnetischen, starken und schwachen Kräfte entfernen würden, könnten Sie wahrscheinlich die Teilchen des Sonnensystems in einen Fingerhut stecken. Besser aber auch die Schwerkraft entfernen, sonst wäre es ein schwarzes Loch!
Peter Schor
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