Ако човек прекара достатъчно време над архивни протоколи от ранните опити по спектроскопия или над съвременни криогенни електронни микроскопи, бързо губи наивната си вяра в това, което биологичните му сетива наричат „твърдост“. Жозеф Луи Лагранж и по-късно теоретиците от Дъблин и Гьотинген прекараха десетилетия в опити да формализират механиката на твърдото тяло, само за да стигнат до неприятния извод: понятието „абсолютно твърдо тяло“ е теоретичен козметичен трик. В природата такова нещо няма.
Всеки разговор за докосването страда от един първичен грях на макроскопичния ни опит. Очакваме, че две сблъскващи се тела действат като две билярдни топки на зеленото сукно – разстоянието между тях намалява до абсолютно нулев геометричен отрязък и следва пренос на импулс. Физическата реалност на ниво ангстрьоми обаче работи без никаква механична романтика. Когато приближим ръката си до дръжката на вратата, ние не опираме биологична тъкан в метал. Ние принуждаваме електронните обвивки на въглеродните, водородните и азотните атоми от нашия епидермис да навлязат в зоната на влияние на кристалната решетка на желязото.
Тук влиза в сила електростатичното отблъскване, подчинено на закона на Кулон. Електроните, които обитават външните атомни орбитали, носят идентичен отрицателен заряд. Докато разстоянието между тях намалява, сила, обратно пропорционална на квадрата от това разстояние, започва да ги тласка в противоположни посоки. Това, което рецепторите в кожата – телата на Мейснер и Пачини – регистрират и изпращат по нервните влакна към соматосензорния кортекс, не е физически допир. То е измерената механична деформация на тъканта ни, причинена от електрическото поле, което се съпротивлява на сближаването. Ние не усещаме метала. Усещаме полевото отблъскване.
Но Кулоновото отблъскване е само първата и по-проста линия на защита на материята. Ако разчитахме единствено на него, при достатъчно силен натиск бихме могли да смачкаме електронните обвивки. Истинската причина масата под компютъра да не се срути и пръстите да не потънат в клавиатурата се крие в далеч по-сурова квантова бариера: принципа на забраната, формулиран от Волфганг Паули през 1925 година.
Електроните са фермиони, частици с полуцял спин. За тях важи фундаментална математическа законност – вълновата им функция е антисиметрична. Два еднакви фермиона не могат да заемат едно и също квантово състояние в една и съща система. Когато принудим два атома да се приближат на разстояние от порядъка на десети от нанометъра, техните електронни облаци започват да се припокриват. За да не престъпят принципа на Паули, част от електроните са длъжни моментално да скочат на по-високи енергийни нива.
Този прескок изисква колосален влак от енергия. Система от милиарди атоми реагира на такъв опит за заграбване на квантово пространство с т.нар. exchange repulsion или обменна сила на отблъскване. Това не е сила в класическия Нютонов смисъл, а директно следствие от геометрията на квантовото състояние. Вселената просто забравя да предвиди математическа вероятност за съществуване на два електрона с еднакви параметри в една и съща точка. Вероятността е точно нула.
