Кто знает, почему электроны не падают на ядро?

[andresol]

Квантовая химия была для меня самым сложным экзаменом в университете. Из разряда «выучил и забыл», но я и выучил её так себе. Итого из курсов физики и общей химии я твёрдо запомнил, что: 1) атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются (или что они делают?) отрицательно заряженные электроны; 2) по закону Кулона

Comments

[2born]

Прекрасный финал, вот то, что выделено курсивом! Только я бы не говорил "закону Кулона" - никуда он не девается, а "законам классической механики" - вот они, да, пропадают:))

По ходу изложения есть пара шероховатостей, могу подправить чуть погодя:)))

[andresol]

Спасибо! Я понял, что с отменой закона Кулона перегнул палку. Насчёт шероховатостей будет полезно прочитать. Я при подготовке этого поста стал лучше понимать то, что должен был бы с университета знать. После комментариев ещё что-то выучу или запомню, на что стоит обратить внимание.

[2born]

> https://2born.livejournal.com/1342844.html... )

[andresol]

Когда я готовил этот пост, я видел, что Фейнман в своих лекциях отвечает на вопрос из заголовка через принцип неопределённости (You know, of course, that atoms are made with positive protons in the nucleus and with electrons outside. You may ask: “If this electrical force is so terrific, why don’t the protons and electrons just get on top of each other? If they want to be in an intimate mixture, why isn’t it still more intimate?” The answer has to do with the quantum effects. If we try to confine our electrons in a region that is very close to the protons, then according to the uncertainty principle they must have some mean square momentum which is larger the more we try to confine them. It is this motion, required by the laws of quantum mechanics, that keeps the electrical attraction from bringing the charges any closer together. - https://www.feynmanlectures.caltech.edu/II_01.html#Ch1-S1... )

[wkulish]

Но не физики создают атомные бомбы. Их создают инженеры. И науку двигают в основном инженеры решая сугубо практические насущные задачи. Учёные в основном гадают сколько там струн/ измерений. Только у астрологов кофейная гуща, а у физиков БАК. Вся разница ...

[andresol]

Бомбы создают слесари с напильниками ;) Или сейчас их роботы собирают?
Вот придумают 26-мерную «струнную бомбу», и над струнниками сразу смеяться перестанут.

[rempi]

Вот я, говорю, и делаю ракеты,
Перекрываю Енисей.
А также в области балета
Я впереди, говорю, планеты всей

[idjun]

Без физиков, всё-таки, бонба не состоялась бы. Но принципиально, что начальниками в том действии были не физики. Предоставленные сами себе эти товарищи [физики] ничего полезного сделать не могут.

[evgeniirudnyi]

>Квантовые системы не подчиняются классическому закону Кулона.

Электромагнитные взаимодействия в уравнении Шрёдингера выглядят точно так же. То есть, закон Кулона в целом остается. Наверно, более точное утверждение: движение квантовых систем не подчиняется классической механике.

В целом все также упирается в интерпертацию квантовой механики. С электроном ассоциируется волновая функция. Вопрос в том, существует ли она. В химии с волновой функцией связывают электронную плотность, но это качественное представление идет вразрез с квантовой механикой как таковой, поскольку подразумевает существование волновой функции. Возьмите, например, копенгагенскую интерпретацию. Там волновая функция не существует и поэтому электрон как таковой до измерения также как бы не существует.

>С ненулевой вероятностью электрон может находиться где угодно, в том числе внутри атомного ядра

Это особенность электронной волновой функции, которая сама по себе является приближением.

[andresol]

Правильно я понимаю, что на электрон со стороны ядра продолжает действовать сила Кулона величиной F = kZe2/r2 (где r - усреднённое суммирование по всем расстояниям, если у электрона нет фиксированной позиции), но для квантовых объектов не выполняется второй закон Ньютона F = ma, электрон не приобретает под действием силы Кулона ускорения в сторону ядра? Или всё ещё хитрее?

Если закапываться в интерпретации квантовой механики, то я приду к тому, что «я знаю, что ничего не знаю». Как химика меня интерпретация квадрата волновой функции, как вероятности нахождения электрона, устраивает. А вот интерпретация, что электрона вообще не существует, пока мы его не измеряем, ставит в тупик. Тогда уж проще отмахнуться, что пусть физики спорят и решают, как атом устроен, а химикам хватит и того, что в их формулах электрон - точка, а электронная пара - две точки, от которых можно стрелочки рисовать.

[evgeniirudnyi]

С другой стороны, без размышлений о природе квантовых состояний невозможно дать ответ на ваш вопрос. Хорошая точка отсчета - это двухщелевой эксперимент, который показывает, что электрон это одновременно и частица, и волна. Эксперимент показывает, что невозможно говорить о траектории электрона - электрон одновременно проходит через обе щели.

В этом смысле второй закон Ньютона в квантовой механике не работает.

[soshenkov]

... но можно сказать, что уравнение Шрёдингера - это уравнение 2 ЗН для волновой функции. Точнее, уравнение Гамильтона-Якоби, которое непосредственно выводится из механики Ньютона. При некоторых общих вполне разумных предположениях одно можно вывести из другого (УШ из УГЯ и обратно).

Поэтому-то классическая физика до сих пор основа основ.

[wkulish]

Да да придумают. Когда-нибудь Наглядный пример иллюстрирующий всю современную физику - управляемый термояд Надо ещё лет тридцать и оххульярд денех и усе́ будет!

[rempi]

Наглядный пример иллюстрирующий глубину ваших заблуждений - полупроводниковая электроника, которая стала возможна только после квантовомеханического описания электронной структуры твердых тел.

[idjun]

Не преувеличивайте, тем, кто делал первые кристаллические диоды и транзисторы рафинированные кванты были до лампочки.

[rempi]

Дододо, конечно. Бардин, например, получил вторую Нобелевскую премию за теорию сверхпроводимости.

[redneck_prm]

Итак, ответ на вопрос «Почему электроны не падают на ядро?», который меня устроил, таков: Квантовые системы не подчиняются классическому закону Кулона. С ненулевой вероятностью электрон может находиться где угодно, в том числе внутри атомного ядра, но за исключением некоторых специальных случаев, такая встреча электрона с протоном не имеет последствий.

Мой вариант аналогичен, хотя и сильно менее цензурен.
Но обычному человеку подобное все равно ничего не скажет. Хоть немного понятно для простых людей наверное смог изложить только Джим Аль-Халили в документалках BBC.

[andresol]

У людей разный уровень научных познаний и убеждаемости. Аргументы, которые убедят меня, другим покажутся слишком запутанными или, наоборот, детскими. Поэтому я приветствую, когда существует много объяснений в разных жанрах. Лишь бы откровенную ерунду не несли. Иногда надо десять раз одну и ту же тему с разных углов прочитать и прослушать, чтобы начать понимать. Будет время, посмотрю Аль-Халили.