Wie sieht eine physikalische Oberfläche auf subatomarer Ebene aus?

Auf makroskopischer Ebene sind wir alle mit dem Konzept einer physikalischen Oberfläche vertraut.

Aus Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Surface_(topology)

In der Mathematik ist eine Oberfläche eine geometrische Form, die einer deformierten Ebene ähnelt. Die bekanntesten Beispiele entstehen als Grenzen fester Objekte im gewöhnlichen dreidimensionalen euklidischen Raum ...

Das Konzept einer "Grenze eines festen Objekts" wird auf subatomarer Ebene ziemlich verschwommen - kann also jemand erklären, wie wir eine physikalische Oberfläche in diesem Maßstab definieren würden?

Für mein Verständnis wäre es vielleicht am besten, wenn jemand das folgende Szenario in Bezug auf die grundlegenden Wechselwirkungen auspacken könnte:

Ein Hammer schlägt auf den Kopf eines Nagels und treibt ihn in einen Holzblock.

  1. Was verstehen wir auf subatomarer Ebene unter:

    • die "Oberfläche des Hammerkopfes" und
    • die "Oberfläche des Nagelkopfes"
  2. Auf subatomarer Ebene in Bezug auf die fundamentalen Kräfte/Wechselwirkungen:

    • Wie genau wird der Impuls vom Hammer auf den Nagel übertragen?

Ich habe diese Erklärung gefunden, die mich teilweise befriedigt - aber das ist nicht das ganze Bild:

Subatomare Teilchen kollidieren nicht wie makroskopische Objekte wie Billardkugeln: Sie berühren sich nicht buchstäblich. Stattdessen tauschen zwei subatomare Teilchen, wenn sie sich einander nähern, krafttragende Bosonen (Photonen, Gluonen, W- oder Z-Teilchen) miteinander aus. Dies ermöglicht es ihnen, zu interagieren und sich voneinander zu trennen. ~ Elizabeth H. Simmons, Teilchentheoretikerin, Dekanin und Physikprofessorin an der Michigan State University

Was ich genau zu verstehen versuche ist:

  • Wie sehen die Oberflächen von Hammer und Nagelkopf auf dieser Ebene aus?

  • Sind sie gut definierte Grenzen oder sind sie "Wolken subatomarer Teilchen", die in einer bestimmten Nähe interagieren oder ausgetauscht werden?

Es hängt davon ab, was Sie unter "subatomarer Ebene" verstehen. Für Szenarien, die keine chemischen und nuklearen Reaktionen beinhalten, und für angemessen lange Zeitskalen können diese Oberflächen durch mittlere Feldpotentiale angenähert werden. Rasterkraftmikroskopie kann diese Potentiale bis zu einer Auflösung von einem Bruchteil eines Atoms wunderbar abbilden. Wenn wir diese vereinfachenden Annahmen loslassen, wird es sehr schnell ziemlich kompliziert.
Selbst im Zusammenhang mit mittleren Feldpotentialen gibt es keine einheitliche Definition für „Oberfläche“. In einigen Zusammenhängen bezieht es sich auf die Atome mit untersättigten Bindungen, in anderen Fällen (z. B. wenn von Oberflächenspannung gesprochen wird) kann es sich auf Atome in einem bestimmten Abstand (typischerweise ~ 1 nm) von den äußersten Atomen beziehen. Beachten Sie übrigens, dass alle diese Definitionen zusammenbrechen, wenn Sie ausreichend kleine Nanopartikel betrachten.

Antworten (2)

Wie sehen die Oberflächen von Hammer und Nagelkopf auf dieser Ebene aus?

STM-Bild von Eisen

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In Ihrem Beitragstitel fragen Sie nach Details auf subatomarer Ebene, die Ihnen, glaube ich, niemand geben kann.

Also habe ich ein bisschen geschummelt und ein Rastertunnelmikroskopbild auf atomarer Ebene angezeigt, das möglicherweise in der Größenordnung des besten Bildes liegt, das wir derzeit erhalten können.

Was ich an diesem Bild interessant finde, ist, dass es genau dem entspricht, was wir klassisch erwarten würden, alles schön aufgereiht und ordentlich geordnet.

Ich würde bezweifeln, dass die subatomare Ebene überhaupt sichtbar gemacht werden kann, mit anderen Worten, ein Elektron soll ein punktförmiges Teilchen sein, das eine 720-Grad-Drehung braucht, um zu seinem Ausgangspunkt zurückzukehren, ich habe keine Ahnung, wie ich das visualisieren soll .

Das nächste Bild, das ich Ihnen liefern kann, wo Quanteneffekte ins Spiel kommen, ist das folgende.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Von Wave Like Motions

Das Konzept einer wellenartigen Bewegung für Elektronen war bisher sehr schwer vorstellbar oder vorstellbar. Was bedeutet es, wenn sich ein Teilchen wie eine Welle bewegt? Aber wir können es uns vorstellen. In jüngster Zeit wurden mithilfe der Rastertunnelmikroskopie (STM) Bilder aufgenommen, die diesen wellenartigen Charakter deutlich zeigen. Der STM-Mechanismus kann verwendet werden, um Metallatome buchstäblich in bestimmten Anordnungen auf Metalloberflächen aufzunehmen und zu platzieren. Beispielsweise wurden Eisenatome auf einer Kupferoberfläche zu einem geschlossenen Kreis angeordnet. Ein Bild der resultierenden Struktur, das dann mit dem STM aufgenommen wurde, zeigt nicht nur den Ring aus Eisenatomen, sondern auch auffällige Wellen innerhalb des Rings, die aus der Bewegung von Elektronen resultieren, die sich innerhalb des Rings bewegen und von den durch die Eisenatome gebildeten Wänden reflektiert werden.

Dieser Wikipedia-STM- Artikel erklärt die Details des STM und wie es den Quantentunneleffekt nutzt, um ein Bild nicht der Atome selbst, sondern der sie umgebenden elektrischen Ladung anzuzeigen.

Alle Korrekturen / Klarstellungen zu der obigen Erklärung werden begrüßt.

Sind sie gut definierte Grenzen oder sind sie "Wolken subatomarer Teilchen", die in einer bestimmten Nähe interagieren oder ausgetauscht werden?

Auf subatomarer Ebene sind dies keine gut definierten Grenzen, und ich bin mir ziemlich sicher, dass wir ein Elektron nicht visuell abbilden können. Alles, was wir wie in den obigen Bildern tun können, ist, ein Bild zu erzeugen, das auf den indirekten Auswirkungen ihrer elektrischen Ladung auf unsere Instrumente basiert .

Soweit sich die Nähe auf Interaktionen bezieht, sollten Sie diesen Beitrag zu überlappenden Orbitalen und den Kommentar von CuriousOne darunter lesen, in dem es um die Faktoren geht, die beeinflussen, ob eine Interaktion stattfindet oder nicht.

Wie genau wird der Impuls vom Hammer auf den Nagel übertragen?

Durch genau die gleiche Methode, wie wir auf einem Boden gehen können, nämlich die elektrische Abstoßung ähnlicher negativer Ladungen, da sich die Elektronen durch Impulsaustausch, der durch Photonen vermittelt wird, gegenseitig abstoßen (oder anziehen).

QED , unsere Theorie, wie Teilchen und Kräfte interagieren, ist von Wikipedia gut zusammengefasst.

Cool danke ... du sprichst die wichtigsten Punkte meiner Überlegungen an und hast einige nützliche Links gegeben. Markierte Antwort als Richtig / und Stimme +1
Vielen Dank, überprüfen Sie einfach, ob ich Recht habe mit dem, was Sie tatsächlich mit dem STM sehen. Ich bin zu 99% sicher, dass es sich um ein CGI handelt, das auf der Ladung um das Atom herum basiert. Der QED-Artikel ist informativ über die Impulsübertragung

Der Begriff Oberfläche ist auf dieser Ebene möglicherweise nicht anwendbar. Da die Oberfläche nur einige unserer Annäherungen ist. Wir sehen etwas, das wie eine kontinuierliche Oberfläche aussieht, aber in Wirklichkeit ist das eine Art Gitter mit sehr kleinen Knoten.