Har materien berøringsangst? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Har materien berørings...

23. november 2008

Har materien berøringsangst?

Hej Malte Olsen
Har materien berøringsangst? Når to billiardkugler samstøder, skulle de ikke berøre hinandens overflader, om end de er overordentlig tæt på.

Også i lilleput-verdenen hersker denne berøringsangst - men kommer materie aldrig i berøring med anden materie?

Med venlig hilsen
K S

I dagligsprog siger vi, at når man står på en gade berøres gaden af ens sko. Det føles for så vidt også solidt.

Går man væk fra daglig tale og ned i mikroskopisk plan, er det i virkeligheden en række af gadens højeste småtoppe i form af sten asfalt mm., man står på. Det mærkes let i tyndsålede sko eller på bare fødder.

Hvad er det der rammer, hvad i kontakten

Alle stoffer består af atomer med elektroner udenom. Elektronskyen er en del af hvert atom, nogen af elektronerne anvendes i kemiske bindinger til at holde materialet sammen. Midt i atomet findes den lille bitte kerne. Elektronskyen omkring en kerne har en størrelse på ca. 10-10 m altså en ti - milliontedel af en mm., kernen har en diameter på omkring 10-14 m eller 10 000 gange mindre. Det der kommer tæt på hinanden er den yderste del af elektronskyen omkring kernen. I eksemplet ovenfor i de højdepunkter, hvor de to ting mødes.

Man kan lave meget glatte flader

En af de glatteste er måleklodser, som de anvendes i værksteder til meget præcist arbejde (normalt en stållegering, kan også være hårdmetallegering eller keramiske). De bedste er nøjagtige indenfor ±5*10-5 mm. Lægges sådanne to rene måleklodser ovenpå hinanden et stykke tid, er de så plane, at de kan koldsvejses, dvs. de kan ikke mere tages fra hinanden. Atomerne i den ene klods er kommet så tæt på den anden klods atomer at de har bundet sig til dem, og det er blevet et stykke metal. Normale metaller har overhovedet ikke det problem, så man kan godt lægge sin hammer i sømkassen, den skal nok gå løs, når man tager den.

En anden meget plan flade er de silikone wafers (meget tynde plader af silicium), som anvendes til at lave f.eks. mikroprocessorer på, hvor hundrede af millioner kredsløb anbringes på en lille plade nogen få mm lang og bred. Den må være meget plan, for at det er muligt at lægge de komplicerede kredse ned på den. Det er silikone enkrystal og tykkelsen af pladen er omkring 250 - 300 mikrometer (0,3 mm). Det er normalt mindst 99,9999% rent silicium. Pladerne håndteres i de reneste rum vi har, med omkring 100 støvkorn pr. m3 (støv i hjemmet måles med en høj titalspotens i denne sammenligning). Bare et støvkorn på pladen, hvor mikroprocesseren skal ligge, vil normalt ødelægge resultatet. Der gøres store anstrengelser for at undgå forurening.

Meget tæt kontakt over mange små arealer

Har også f.eks. sølv eller guld, der lægges elektrolytisk på f.eks. kobber, forkromning og fornikling fordampet på flader, metaller trykket sammen under højt tryk osv. For alle gælder det at kontakten er elektronskyerne yderst på atomet aldrig atomkernerne, som jo er så små at de næsten ikke betyder noget rumfangsmæssigt i materialet, men hele stofmassen er stort set samlet i atomkernen. Det er antallet af protoner i atomkernen, der bestemmer elektronantallet, og det bestemmer hvilket stof det er, og elektronerne er igen hovedansvarlige for mange af dets fysiske og kemiske egenskaber ved stoffet. De kemiske egenskaber bestemmes i øvrigt i hovedsagen af de ca.1-8 yderste elektroner, resten betyder normalt ikke meget i den kemiske sammenhæng.

Jeg vil ikke sige, at der er berøringsangst, ikke levende materie har ikke mig bekendt følelser, men der er fysiske spilleregler for, hvordan stoffer er i kontakt, som indbefatter såvel en masse komplicerede forhold omkring elektroners egenskaber som kvantemekanik, hvis de skal forstås.

Med venlig hilsen
Malte Olsen