Física: ¿Qué sucede a nivel cuántico cuando rompo una hoja de papel?


Mejor respuesta

Esa pregunta es demasiado difícil de responder. Tendría que mirar millones de fibras individualmente y explicar qué sucedió con los enlaces moleculares; probablemente no todas serían el mismo tipo de cosas.

Un caso más fácil sería lo que sucede cuando una barra de hierro es cuidadosamente cortado por la mitad. Primero, no ha hecho un corte limpio si ha utilizado herramientas de jardín. Conseguir que los divots y las protuberancias se alineen a lo largo de dos superficies que probablemente se deformaron temporalmente de innumerables formas por la herramienta de corte sería una imposibilidad práctica.

Así que vamos a poner uno o dos pasos intermedios. Primero, equípese con las mejores herramientas de pulido, el tipo de herramientas que tienen la capacidad técnica para hacer las cosas tan suaves como las lentes de un telescopio. Pula las dos superficies hasta que estén lo más cerca de estar perfectamente planas que cualquiera pueda. Cuando los pones de superficie a superficie, se pegarán. (Dos portaobjetos para uso de microscopio también se pegarán de esta manera. La única forma que he descubierto para separarlos es deslizarlos hacia los lados hasta que el área en contacto sea mucho más pequeña y las regiones descubiertas le brinden un gran brazo de palanca para tirar y deslícelos el resto del camino libre.) Aunque están pegados por fuerzas atómicas, todavía hay una superficie de demarcación entre los dos bloques. Solo están unidas por fuerzas en las dos superficies.

Ahora coloque los dos bloques en una plantilla que los mantenga alineados, no permita que se muevan hacia los lados ni se deslicen, y coloque un enorme martillo directamente encima . Deje caer este enorme martillo y obtendrá una especie de soldadura a presión que a veces se usa para soldaduras menores de superficie a superficie donde no se requiere la máxima resistencia. Un par de láminas de metal se sujetan juntas y luego se coloca una especie de martillo eléctrico o hidráulico en el lugar que desea soldar y le da a las dos láminas un tremendo golpe que obliga a sus regiones de superficie a fusionarse.

Podrías obtener dos trozos de hierro hechos de un trozo de hierro para «volver a juntarse» de nuevo, pero no sería una unión perfecta. Sería un poco como un hueso roto que ha comenzado a sanar, pero todavía está demasiado inestable para ejercer presión sobre él. (Es por eso que mantuvieron mi brazo enyesado durante 8 semanas).

La forma real de «volver a unirlos» sería hacer una soldadura real en la que las dos barras se vuelven a licuar virtualmente. y cuando se unen, no dejan rastro de las superficies abiertas originales entre ellos.

Respuesta

Al acercar, creo que es importante preguntar qué es exactamente lo que está acercando A nivel de la molécula, tienes razón en que algunos de los enlaces covalentes de la lignina y la celulosa que componen el papel se romperán, pero gran parte del desgarro se debe a la separación de cadenas de moléculas muy compactas, unidas por enlaces de hidrógeno. En ambas circunstancias, si solo estuviera haciendo zoom en un solo átomo, vería que la densidad de los electrones alrededor del átomo cambiaría ligeramente si se rompiera un enlace de hidrógeno, y cambiaría bastante drásticamente si se rompiera un enlace covalente. Ese átomo puede quedar como un ion o radical, y durante un tiempo en la escala de nanosegundos permanecería en este estado bastante inestable te antes de reaccionar, momento en el que verías cambiar la densidad de electrones nuevamente. También habría introducido una gran cantidad de energía en los estados vibratorios de las moléculas, por lo que observaría la ubicación promedio de los átomos oscilando de manera bastante desordenada (es probable que el papel incluso esté un poco más caliente, aunque probablemente no tanto fíjese si lo toca).

La estructura química del papel es muy compleja, por lo que predecir exactamente cómo se vería la densidad de electrones durante todo este proceso es muy difícil. Encontraría, si observara una gran cantidad de átomos durante este proceso, que cada proceso se vería un poco diferente para cada uno de los átomos.

Por supuesto, si tuviera mucha curiosidad acerca de cómo la estructura de los núcleos cambia, entonces Pratik tiene razón: no les sucederá nada significativo. Los núcleos son bastante insensibles a cualquier cosa que podamos hacerles con nuestras manos. Es casi seguro que la densidad de las partículas dentro del núcleo no cambiará en ninguna cantidad observable.

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