A pesar de que los átomos, los componentes fundamentales de toda materia, están en su mayoría constituidos por espacio vacío, los objetos sólidos como las paredes nos resultan impenetrables gracias a principios clave de la física. Estos principios incluyen la repulsión electromagnética entre las nubes de electrones y el principio de exclusión de Pauli.
Cada átomo se compone de un núcleo denso rodeado por una nube de electrones con carga negativa. Cuando los átomos se aproximan, sus nubes de electrones, que representan las regiones de probabilidad donde se encuentran los electrones, interactúan. Debido a las fuerzas electrostáticas, las cargas iguales se repelen. Dado que todos los electrones poseen carga negativa, las nubes de electrones de átomos adyacentes se repelen mutuamente.
Esta repulsión impide que las nubes de electrones se superpongan de manera significativa, creando efectivamente una barrera que confiere solidez a los objetos. Adicionalmente, el principio de exclusión de Pauli, un concepto fundamental de la mecánica cuántica, refuerza esta impenetrabilidad. Este principio establece que dos fermiones idénticos, como los electrones, no pueden ocupar el mismo estado cuántico simultáneamente.
En términos más sencillos, esto significa que los electrones en diferentes átomos no pueden estar en el mismo lugar exacto al mismo tiempo. Si bien la mecánica cuántica permite el fenómeno del "efecto túnel cuántico", que es una pequeña probabilidad de que las partículas atraviesen barreras, la probabilidad de que un objeto macroscópico, compuesto por una vasta cantidad de átomos, atraviese una pared es infinitesimalmente pequeña, lo que lo hace prácticamente imposible.
La repulsión entre las nubes de electrones es una manifestación de las fuerzas electromagnéticas, similar a cómo los polos iguales de dos imanes se repelen. Cuando intentamos que dos objetos sólidos se atraviesen, las nubes de electrones en los bordes exteriores de los átomos de un objeto interactúan con las de los átomos del otro objeto. Esta repulsión electromagnética es la fuerza subyacente que percibimos como solidez y que impide que la materia se colapse o se atraviese.
El principio de exclusión de Pauli, al dictar que los electrones no pueden compartir el mismo estado cuántico, asegura que los átomos mantengan su estructura e integridad. Sin estas fuerzas fundamentales, la materia no tendría la solidez y la forma que observamos en el mundo macroscópico. La interacción de estas fuerzas cuánticas y electromagnéticas es lo que da lugar a la experiencia de la solidez y la resistencia al paso a través de objetos sólidos.