Как выглядит атом

Весёлые картинки

Учебник химии для 9 класса объясняет строение атома следующим образом:
"Атом состоит из ядра и электронов, образующих электронную оболочку. В состав ядра входят протоны и нейтроны. Электроны распределены по электронным слоям (энергетическим уровням)."
Особенных возражений против такого определения нет, но оно сопровождается вот этой картинкой:

Строение атома согласно учебнику химии

Чтобы не нагружать абстракциями неокрепшие умы тинэйджеров, элементарные частицы решили изобразить в виде разноцветных шариков.
Впрочем, что нападать на авторов школьного учебника, когда учёные мужи из Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) избрали эмблемой своей почтенной организации примерно такую же картинку.

Эмблема МАГАТЭ

В общем, глядя на всё это, можно считать, что атом состоит из, ну ладно, не прям из шариков всё-таки, но из неких твёрдых частиц, и некоторые из этих частиц вращаются по орбитам вокруг атомного ядра, подобно планетам вокруг Солнца.
На самом деле всё не так.

Строение атома и как его разглядеть

Так как на самом деле выглядит атом? Если коротко - атом выглядит никак. Звучит диковато, не правда ли? Это требует пояснения.

Почему мы не можем увидеть атом

Действительно не можем. И никогда не сможем, как бы дальше не развивалась наука и какие бы технические средства не приходили на помощь. Никакой самый мощный микроскоп не сможет дать такого увеличения, чтобы разглядеть элементарные частицы. Потому что дело не в увеличении.
Человеческий глаз видит только объекты, от которых отражается свет, причём свет с длиной волны в диапазоне приблизительно от 380 до 770  нанометров. Самый большой атом имеет диаметр около 0,225 нм., т. е. более чем в 1000 раз меньше. Очень грубо говоря, видимому свету просто не от чего отражаться.

Квантовая механика

Современное понимание строения материи основано на квантовой механике, которая позволяет производить точные вычисления, но ничего не говорит о том, что при этом происходит. Квантовый мир непредставим, потому что его законы абсолютно не соответствуют тому, что мы видим вокруг.
Большая часть того, что я воспроизвожу в этой статье, основано на лекциях доктора физико-математических наук Алексея Михайловича Семихатова, так что самое время озвучить цитату Ричарда Фейнмана, которую он почти всегда приводит, рассказывая о квантовой механике:
«На очень малом масштабе вещи ведут себя иначе — не похоже ни на что из вашего непосредственного опыта. Они не ведут себя как волны, они не ведут себя как частицы; они не ведут себя ни как облака, ни как бильярдные шары, ни как грузики на пружинах — ни как что бы то ни было из того, что вам приходилось видеть».
Возвращаясь к строению атома. Иногда атом водорода (с ним проще, поскольку у него только один электрон) изображают в виде ядра с так называемым электронным облаком.

Атом водорода

Но это тоже абстракция. Ядро это не шарик, а электрон не облако. Электрон характеризуются только вероятностью обнаружения его в какой-либо области пространства ПОСЛЕ проведения эксперимента. Именно вероятность и отображена в этом "облаке" в виде более или менее затемнённой области. У электрона вообще нет свойства находится в какой-либо области пространства. То, что мы его где-то обнаруживаем, проводя эксперимент, означает только то, что наше воздействие разрушило систему и одна из вероятностей реализовалась. А где электрон находился до этого? Неизвестно. Он не летает, не прыгает, не распылён по пространству и не делает ничего из того, что мы можем понять. Что же он делает? Не задавайте таких вопросов, это другой мир, живущий по другим законам и глубоко нам чуждый.
Квантовая механика она такая. :) Зато теперь вы знаете, как выглядит атом. НИКАК.