Tudjuk, hogy a körülöttünk lévő dolgokat felépítő atomok nagy része valójában üresség, de miért átjárhatatlanok mégis az ezekből az atomokból álló szilárd testek? A válasz a fizika két alapvető elvében rejlik: az elektrosztatikus taszításban és a Pauli-elvben. Együtt egy láthatatlan, de teljesen áthatolhatatlan gátat képeznek, amely szilárddá teszi az anyagot.
A klasszikus megközelítés szerint az atom protonokból és neutronokból álló magból, valamint a körülötte keringő elektronokból áll. A protonok pozitív töltése és az elektronok negatív töltése vonzza egymást, biztosítva az atom egységét. Ugyanakkor az elektron nem egy körpályán mozog, hanem egyfajta felhőt képez – egy olyan elmosódott tartományt, ahol tartózkodhat. „Ezt nevezik »valószínűségi felhőnek«” – magyarázza Rahim Hashmani, a University of Wisconsin–Madison fizika szakos doktorandusza. Ez a felhő nem mozog, csupán annak a régiónak a jelölése, ahol a legnagyobb valószínűséggel megtalálható az elektron.
A valószínűségi felhő miatt az atom külső része negatív töltésűvé válik. Amikor a tested atomjai ütköznek a fal atomjaival, az elektronhéjaik elkezdenek taszítani egymást – hasonlóan ahhoz, ahogyan a mágnesek azonos pólusai sem engedik közeledni egymást. „Ha megpróbálok átmenni a falon, a testemben lévő elektronok és a falban lévő elektronok egyszerűen taszítani kezdik egymást” – magyarázza Steven Rolston fizikus, a Marylandi Egyetemről.
De még ha el is képzelnénk, hogy valamilyen módon képesek lennénk közelebb kényszeríteni az atomokat egymáshoz, a természet egy másik alapvető törvénye állja utunkat: a Pauli-féle kizárási elv. Ezen elv szerint a fermion részecskék, amelyek közé az elektronok is tartoznak, nem lehetnek ugyanabban az állapotban ugyanazon a helyen és ugyanabban az időben. Egyszerűbben fogalmazva: két elektron nem osztozhat ugyanazon a téren. „Amikor az elektronfelhők elkezdenek átfedésbe kerülni, az azt jelenti, hogy az elektronok szinte ugyanarra a helyre kerülnének, a Pauli-elv szerint viszont ez lehetetlen” – fejti ki Rahim Hashmani, a Wisconsini Egyetem doktorandusza.
Az elektrosztatikus taszítás és a Pauli-elv együtt garantálja, hogy az anyag megőrzi az alakját és nem esik szét. Pontosan ezért érezzük a fal szilárdságát, és ezért nem tudunk átmenni rajta. A gázokban és a folyadékokban az atomok szabadabban mozognak, de ezek a törvények ott is érvényesülnek: csak azt teszik lehetővé a részecskéknek, hogy elcsússzanak egymás mellett, de azt nem, hogy egymásra fedjenek.
A kvantummechanika azonban váratlan fordulatot hoz ebbe a képbe. A kvantumvilág másképp működik: benne az elektron nemcsak részecske, hanem hullám is. Egy akadály elérésekor a hullám nem szakad meg hirtelen, hanem fokozatosan elhalványul benne. És ha az akadály elég vékony, a hullám egy része „átszivároghat” rajta. Ezt a jelenséget kvantumalagutazásnak nevezik.
Ennek segítségével egyes részecskék valóban a fal túloldalán találhatják magukat időnként – még ha ennek a valószínűsége rendkívül csekély is. Ám abban bízni, hogy ez egy egész ember esetében is működni fog, teljesen értelmetlen. „Annak a valószínűsége, hogy egy ember átmenjen a falon, elenyésző. Gyakorlatilag a nullával egyenlő” – mondja Hashmani.
Így a filmes fantáziák megmaradnak fantáziának. A világunkat olyan törvények tartják egyben, amelyek nem engedik, hogy a testek áthatoljanak egymáson. És bár a kvantummechanika nyitva hagy egy aprócska kiskaput, az annyira minimális, hogy soha nem fogunk tudni átkelni a falon. Másfelől viszont éppen a fizika megingathatatlan törvényei teszik megbízhatóvá az anyagot – és teszik lehetővé, hogy magabiztosan álljunk a padlón ahelyett, hogy átesnénk rajta.
