A aparente solidez dos objetos do nosso dia a dia, como paredes, desafia a compreensão quando consideramos que os átomos, os blocos de construção fundamentais da matéria, são compostos predominantemente por espaço vazio. Essa característica paradoxal da matéria é explicada por princípios cruciais da física quântica, principalmente a repulsão eletromagnética entre as nuvens de elétrons e o Princípio de Exclusão de Pauli.
Cada átomo possui um núcleo denso, carregado positivamente, ao redor do qual orbitam elétrons, partículas com carga negativa. Quando dois átomos se aproximam, as nuvens de elétrons, que representam as regiões de probabilidade onde os elétrons são mais propensos a serem encontrados, interagem. Devido à repulsão eletrostática inerente a cargas iguais, as nuvens de elétrons de átomos distintos se repelem. Essa força de repulsão impede a sobreposição significativa das nuvens eletrônicas, criando uma barreira eficaz que impede que os átomos se atravessem. Essa interação é análoga a tentar aproximar os polos iguais de dois ímãs; a força magnética os empurra para longe um do outro.
Complementando a repulsão eletromagnética, o Princípio de Exclusão de Pauli, um pilar da mecânica quântica, adiciona outra camada à impenetrábilidade da matéria. Este princípio estabelece que dois férmions idênticos, como os elétrons, não podem ocupar o mesmo estado quântico simultaneamente. Em termos mais simples, isso significa que os elétrons em diferentes átomos não podem estar no mesmo lugar exato ao mesmo tempo. Embora o fenômeno do tunelamento quântico permita uma probabilidade minúscula de partículas atravessarem barreiras, a chance de um objeto macroscópico, como um ser humano composto por um número colossal de átomos, atravessar uma parede é infinitesimalmente pequena, tornando-a praticamente impossível.
As nuvens eletrônicas, que são regiões de probabilidade onde os elétrons são mais propensos a serem encontrados, estendem-se para além do núcleo atômico. Quando dois objetos entram em contato, essas nuvens de elétrons de átomos vizinhos interagem. A repulsão eletrostática entre essas nuvens de elétrons é uma força poderosa que impede a sobreposição. Essa repulsão é descrita pela lei de Coulomb, que quantifica a força elétrica entre partículas carregadas, indicando que cargas iguais se repelem com uma força que aumenta à medida que a distância diminui. Portanto, o espaço 'vazio' dentro dos átomos não permite que objetos sólidos se atravessem devido a essas forças repulsivas fundamentais.
Adicionalmente, o Princípio de Exclusão de Pauli é fundamental para a estabilidade da matéria. Ele garante que os elétrons em um átomo ocupem diferentes estados quânticos, impedindo que todos os elétrons colapsem no estado de menor energia. Essa organização é o que confere volume e estrutura aos átomos e, por extensão, aos objetos macroscópicos. Sem esses princípios, a matéria como a conhecemos não manteria sua forma ou solidez.
Embora a probabilidade de um ser humano atravessar uma parede por tunelamento quântico seja astronomicamente baixa – estimada em cerca de 1 em 10 elevado à potência de 10 elevado à potência de 30 – a ciência quântica nos mostra que, em um nível fundamental, as interações entre partículas ditam a natureza da realidade. A solidez que experimentamos é uma manifestação macroscópica dessas leis quânticas, onde a repulsão eletromagnética e o princípio de exclusão de partículas criam a barreira impenetrável que define o nosso mundo físico.