בין האטומים, ואפילו בתוכם, תמיד יש מרחק. אז איך ייתכן שאנחנו מצליחים למשש דברים?

כשאנחנו נוגעים בשולחן, אנחנו מרגישים את המגע בבירור, אף על פי שהאלקטרונים באצבע שלנו לא באמת נוגעים באלקטרונים אחרים. אחרי הכול, המטען החשמלי של כולם שלילי, והם דוחים זה את זה. לכאורה שום דבר לא נוגע בשום דבר אחר.

כמו בפעמים רבות בפיזיקה, צריך דבר ראשון להבין את השאלה עצמה ולהגדיר אותה נכון. ראשית נאמר, שאכן לפי חוקי פיזיקת הקוונטים, וליתר דיוק עקרון האיסור של פאולי, אלקטרונים דוחים זה את זה. משמעות הדבר היא שאם ננסה לקרב זה לזה שני אלקטרונים או יותר, יפעל ביניהם כוח דחייה שיהדוף אותם זה מזה.

האם זה אומר שהאלקטרונים אינם "נוגעים" באלקטרונים אחרים? כאן כבר כדאי להגדיר היטב מהו "מגע". אם נתייחס ל"מגע בין אלקטרונים" כמצב שבו האלקטרונים נמצאים באותה נקודה במרחב, זה באמת בלתי אפשרי. לעומת זאת, אם נחשוב על האלקטרונים ככדורים קשיחים – ולפי תורת הקוונטים בכלל לא בטוח שהתיאור הזה מדויק – נאמר שהם נוגעים אם המרכזים שלהם רחוקים אחד מהשני בדיוק כקוטר הכדורים, כמתואר באיור.

שני העיגולים הזהים נוגעים זה בזה אם המרחק בין מרכזיהם שווה לקוטר של אחד מהם | איור: ד"ר אלה אוריון-לכמןשני העיגולים הזהים נוגעים זה בזה אם המרחק בין מרכזיהם שווה לקוטר של אחד מהם | איור: ד"ר אלה אוריון-לכמן

 

את אותה הגדרה אפשר ליישם גם בקנה מידה קצת יותר גדול, לאטומים המרכיבים את החומר. גודלו של ענן האלקטרונים המקיף את גרעין האטום קובע את קוטר האטום. אם ננסה לקרב שני אטומים זהים למרחק קטן מהקוטר, נאלץ למעשה את ענני האלקטרונים לחפוף זה את זה. הפעולה הזאת תדרוש כוח, מכיוון שענני האלקטרונים דוחים זה את זה – בין השאר בגלל המטען השלילי של האלקטרונים.

ההגדרה של מגע של אצבע בשולחן היא קצת אחרת, ונובעת מהתחושה שלנו – מחוש המישוש. תחושת המגע מועברת בגוף האדם על ידי קצוות עצבים. "מגע" מוגדר לרוב מהבחינה הזאת ככוח חלש שמופעל על העור בלי לעוות אותו. "לחץ", לעומת זאת, הוא כוח חזק שמעוות את העור. את ההבדל בין השניים נוכל לזהות בקלות אם נצמיד את האצבע של כף יד אחת על כף היד השנייה ונפעיל מידות שונות של כוח. כוח חלש שיופעל על האצבע יתפרש כמגע.

עכשיו, כשהגדרנו היטב את כל מרכיבי השאלה, הרבה יותר קל לענות עליה. כוח הדחייה הפועל בין ענני האלקטרונים המקיפים את האטומים בחומר פועל באופן הדרגתי, בהתאם למרחק ביניהם. באיור למעלה, עוד לפני שהכדורים או האטומים מגיעים למרחק של "מגע" כבר פועל ביניהם כוח דחייה. בדיוק את אותו כוח אנחנו מרגישים גם כשאנחנו נוגעים בשולחן עם האצבע שלנו. העצבים חשים את כוח הדחייה הזה ואנחנו מגדירים אותו "מגע".

בתשובה רחבה יותר, נגיד שהאצבע מכילה אטומים רבים מאוד, וקצוות העצבים אינם רגישים עד כדי כך לכוחות קטנים. אילו היה לנו עצם מחודד שבקצהו אטום אחד בלבד, וגם יכולנו לחוש כוחות קטנים מאוד, היינו יכולים לעקוב בדיוק רב אחרי המבנה האטומי של השולחן ולחוש בחלקיקים קטנים מאוד שנמצאים עליו. זה בדיוק העיקרון שעליו מתבסס מיקרוסקופ כוח אטומי, שמאפשר לזהות חלקיקים בגודל של מיליונית המילימטר.