ความจริงสุดแปลกของฟิสิกส์ ทำไมเราไม่เคยสัมผัสสิ่งของได้จริงแม้แต่ครั้งเดียว

คุณอาจกำลังแตะหน้าจอมือถืออยู่ แต่ในระดับอะตอม นิ้วของคุณไม่เคยสัมผัสหน้าจอเลยแม้แต่นิดเดียว

ฟังดูเหมือนเป็นเรื่องเหนือจริง แต่แนวคิดนี้อธิบายได้ด้วยฟิสิกส์ระดับอะตอม สิ่งที่เราเรียกว่า "การสัมผัส" ไม่ได้หมายถึงการที่อนุภาคของสองวัตถุชนกันตรงๆ อย่างที่เราจินตนาการ หากมองลึกลงไปถึงระดับอิเล็กตรอน สิ่งที่เกิดขึ้นคืออิเล็กตรอนของทั้งสองฝั่งต่างผลักกันอย่างรุนแรงจนไม่ยอมให้เข้าใกล้กันมากกว่านั้น

ลองนึกภาพว่าคุณใช้มือกดโต๊ะ ยิ่งออกแรงกดมากเท่าไร คุณก็ยิ่งรู้สึกถึงแรงต้านจากโต๊ะมากขึ้น ความรู้สึกนั้นทำให้สมองตีความว่า "มือกำลังแตะโต๊ะ" แต่ความจริงแล้ว สิ่งที่รับรู้คือแรงผลักจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างกลุ่มอิเล็กตรอนจำนวนมหาศาลของมือกับอิเล็กตรอนในเนื้อไม้ โลหะ หรือวัสดุของโต๊ะต่างหาก

แล้วทำไมอิเล็กตรอนถึงไม่ยอมให้ทะลุผ่านกัน?

อิเล็กตรอนทุกตัวมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ประจุชนิดเดียวกันจะผลักกันตามธรรมชาติ เมื่ออิเล็กตรอนจากวัตถุสองชิ้นเข้าใกล้กันมากพอ แรงผลักนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนสมดุลกับแรงที่เราพยายามกดลงไป นอกจากนี้ยังมีหลักการทางกลศาสตร์ควอนตัมที่เรียกว่า Pauli Exclusion Principle ซึ่งไม่ยอมให้อิเล็กตรอนที่มีสถานะควอนตัมเดียวกันอยู่ซ้อนทับกันได้ ผลของทั้งสองอย่างทำให้วัตถุแข็งดูเหมือนเป็นกำแพงที่ทะลุไม่ได้

สิ่งที่เรารับรู้ว่าเป็น "ความแข็ง" จึงเป็นผลของแรงพื้นฐานในธรรมชาติ ไม่ใช่การชนกันของสสารโดยตรง

หากซูมเข้าไปในระดับอะตอม จะพบว่าพื้นที่ส่วนใหญ่ของอะตอมแทบเป็นที่ว่าง นิวเคลียสมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับขนาดทั้งหมดของอะตอม ส่วนอิเล็กตรอนก็ไม่ได้โคจรเป็นลูกบอลเล็กๆ แบบในหนังสือเรียนสมัยก่อน แต่กระจายตัวเป็นกลุ่มความน่าจะเป็นรอบนิวเคลียส

นั่นหมายความว่าวัตถุที่ดูทึบ แข็ง และแน่นในสายตาของเรา แท้จริงแล้วประกอบด้วยพื้นที่ว่างเป็นสัดส่วนมหาศาล สิ่งที่ทำให้มันดูเป็นของแข็งคือแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและกฎของควอนตัมที่ทำงานตลอดเวลา

แล้วตอนนั่งเก้าอี้ล่ะ?

คำตอบก็เหมือนกันทุกประการ แม้คุณจะรู้สึกว่ากำลังกดทับเบาะหรือเก้าอี้ แต่ในระดับอะตอม อิเล็กตรอนของร่างกายกับอิเล็กตรอนของเก้าอี้กำลังผลักกันอยู่ตลอดเวลา จึงเกิดแรงพยุงที่ต้านน้ำหนักของคุณเอาไว้

ถ้าจะพูดให้ตรงที่สุด ในมุมมองของฟิสิกส์ คุณไม่ได้นั่งแนบติดกับเก้าอี้แบบไร้ช่องว่าง แต่มีระยะห่างเล็กจิ๋วในระดับอะตอมซึ่งถูกคั่นไว้ด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ระยะนี้เล็กมากจนไม่มีทางสังเกตได้ด้วยตาเปล่า แต่ก็เพียงพอที่จะทำให้วัตถุทั้งสองไม่ทะลุผ่านกัน

แนวคิดนี้ไม่ได้หมายความว่าเก้าอี้เป็นภาพลวงตา หรือเราไม่ได้สัมผัสอะไรเลยในชีวิตประจำวัน สิ่งที่เปลี่ยนไปมีเพียงคำอธิบายของคำว่า "สัมผัส" เท่านั้น เพราะความรู้สึกทั้งหมดที่ปลายนิ้ว ผิวหนัง หรือร่างกาย ล้วนเกิดจากแรงที่อนุภาคกระทำต่อกัน แล้วระบบประสาทจึงแปลผลออกมาเป็นความรู้สึกว่ากำลังจับ ดัน กด หรือถือสิ่งของ

ทุกครั้งที่คุณหยิบแก้วน้ำ เปิดประตู หรือจับมือใครสักคน สิ่งที่เกิดขึ้นจริงคือการแลกเปลี่ยนแรงระหว่างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของอะตอม ไม่ใช่การสัมผัสกันแบบที่เราจินตนาการมาตลอด