Casi siempre que alguien habla de átomos, en algún momento menciona algo como esto:
Si eliminamos los espacios entre los átomos y los componentes atómicos, podemos encajar el sistema solar en un dedal .
O
Si eliminamos los espacios entre los electrones y el núcleo, podemos encajar el universo en una pelota de béisbol.
Sé que los átomos están en su mayoría vacíos , pero siempre he pensado que esas afirmaciones son exageradas.
¿Podemos realmente meter el sistema solar en un dedal (si eliminamos todos esos espacios)?
Ninguna de esas afirmaciones es cierta. Es una aproximación fácil de hacer: una estrella de neutrones tiene todo ese 'espacio' eliminado entre los nucleones , por lo que solo necesitamos saber qué tan grande sería una estrella de neutrones de masa igual a la del sistema solar. Bueno, la única masa significativa es el sol (júpiter tiene aproximadamente el 1% de la masa del sol, insignificante). Si el sol se comprimiera en una estrella de neutrones, tendría un radio de unos 10 km (hasta un 50% de precisión). Vea esta agradable charla sobre los radios de las estrellas de neutrones .
Sistema solar:
Entonces, si eliminara todo el 'espacio' entre todos los átomos en los sistemas solares, formaría un objeto del tamaño de un pueblo grande o una ciudad pequeña.
Universo:
Obviamente, recolectar toda esta masa produciría un agujero negro. Pero conceptualmente, utilizando algunas estimaciones del orden de magnitud para el universo como un todo , si asumimos que hay aproximadamente
-
estrellas (creo que esta estimación es bastante alta), entonces el radio sería algo así como 1-100 Mpc o aproximadamente 10 millones a 1 mil millones de años luz.
Editar (para abordar la pregunta en sí):
el concepto de 'tamaño' para átomos y núcleos tiene un área gris, pero puede definir el tamaño de un átomo de hidrógeno o el tamaño de un protón / neutrón en un orden de magnitud. Una declaración como 'eliminar todo el espacio vacío' es mucho más nebulosa y termina siendo en gran medida una cuestión de semántica. Una forma más precisa de expresar el concepto subyacente que se aborda podría ser algo como:
"¿Aproximadamente cuánto volumen ocupan los constituyentes de masa dominantes de la materia?"
La idea es que los nucleones (protones y/o neutrones) son 2000 veces más masivos que los electrones y, por lo tanto, el componente importante de la masa. Al mismo tiempo,
).
Si pudiera comprimir la masa en un espacio tan pequeño, colapsaría en un agujero negro , momento en el que la noción de "tamaño" se vuelve más difícil de definir, con el espacio-tiempo tan distorsionado. El radio del "horizonte de eventos" sería de unos 3 km, si obtengo la fórmula correctamente.
La idea de que "hay mucho espacio en los átomos" proviene de cálculos que establecen que el "radio" del núcleo es aproximadamente 10 -5 del átomo, por lo que teóricamente podríamos comprimir el Sol en una bola con un diámetro de 10 km. radio más o menos. Pero la noción de "radio" no está muy clara cuando hablamos de partículas subatómicas.
Los memes de "quitar el espacio" y "los átomos están en su mayoría vacíos" para los núcleos atómicos son interesantes, pero aprieto los dientes cada vez que escucho esto.
Una descripción que encaja mejor conmigo podría ser "quitar la fuerza electromagnética". Los conceptos de tamaño y espacio de las partículas se basan en cómo interactúan usando fuerzas. No hay evidencia de que las partículas fundamentales tengan una extensión medible, excepto la que se basa en las fuerzas, incluso los núcleos solo ocupan el espacio que ocupan debido a la fuerza fuerte.
Varias teorías de todo proponen que existe una unidad de tamaño más pequeña, y las partículas fundamentales podrían poseer un "tamaño" en este nivel. Es mucho más pequeño que el tamaño de un núcleo atómico.
Entonces, sí, de hecho, si eliminaras las fuerzas electromagnéticas, fuertes y débiles, probablemente podrías colocar las partículas del sistema solar dentro de un dedal. Sin embargo, es mejor eliminar la gravedad también, de lo contrario, ¡sería un agujero negro!
Pedro Shor
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