Kuantum fiziğinde iki nesne neden gerçekten birbirine dokunamaz?

Öncelikle "gerçekten dokunmak" iyi kavramını tanımlamak gerekiyor. Günlük yaşamda beş duyumuzla deneyimlediğimiz cisimlerin birbirine "dokunması" ile atomların birbirine "dokunması" farklı şekillerde ele alınıyor. Yanıtı iki yaklaşımla ele alabiliriz: klasik yaklaşım, kuantum yaklaşım.

Klasik yaklaşım: Atomlar, Güneş sisteminde Güneş merkezli dönen gezegenlere benzer olarak, çekirdek etrafında dönen elektronlardan oluşur. Elektronları yörüngede tutan kuvvet elektrostatik kuvvettir. Aynı yükler birbirini iter, zıt yükler çeker. İki atom birbirine yaklaştıkça, dış yörüngedeki elektronlar birbirini itmeye başlar. Bu da atomların birbirini itmesi demektir. Atomları birbirine daha fazla yaklaştırmaya çalışırsanız iki şey olabilir: atomlar bağ kurar ve bir molekül oluşturur. Bu durumda atomlar birbirine belirli bir mesafede durur. Molekül olşturmazsa, atomları birbirine yaklaştırmaya devam ederseniz, atomların birbirini itme kuvveti gititkçe artar. Çünkü elektrostatik kuvvet iki atomun elektronları arasındaki uzaklık azaldıkça, artar. Sonuçta birbirine "dokunmaz".

Kuantum yaklaşım: Atomlar aslında, dalga fonksiyonlarıdır. Bunlara orbital denir. Bu orbitaller sonsuza kadar uzanır. İki atom birbirine yaklaştırıldıkça, orbitaller daha da fazla örtüşmeye (iç içe geçmeye) başlar. Bu örtüşme Pauli dışarlama ilkesi gereği hiç bir zaman %100 olamaz. Yani atomlar bu yaklaşımda da yine birbirine "dokunamaz".

Ama, günlük yaşamdaki deneyimlerimizden biliyoruz ki, iki cisim birbirine çarptığında birbirine "dokunur". Öte yandan sürtünme kuvveti de hep bu şekilde açıklanır. Ama yukarıdaki iki yaklaşım da bize, iki cisim birbirine "dokunduğu" halde, atomlarının birbirine "dokunmadığını" söylüyor. İşte aradaki çelişkiyi çözen şey yukarıda bahsedilen elektrostatik itme kuvveti ve Pauli dışarlama ilkesidir. Eğer atomlar fermiyon denilen parçacıklar yerine bozon denilen parçacıklardan oluşmuş olsaydı tam olarak "dokunabilirdi" atomlar birbirine. Bu da Bose-Einstien yoğuşması denilen olaydır.