Электрон имеет отрицательный заряд и, соответственно, притягивается положительным зарядом. Ядро атома заряжено положительно. Таким образом, его можно рассматривать как колодец, в который может упасть электрон.
Эта система похожа на планетарную систему, в которой гравитационный потенциал заменен электростатической потенциальной ямой. Поэтому можно было бы ожидать, что электроны вращаются вокруг ядра так же, как планеты вращаются вокруг своей звезды. Однако есть одна загвоздка. Орбита — это состояние постоянного ускорения, и ускоряющийся электрон будет излучать энергию в соответствии с теорией электромагнетизма и должен спирально входить в ядро. Но он этого не делает.
Это обстоятельство стало одной из причин появления квантовой механики
Одним из фундаментальных свойств материи, описываемых квантовой механикой, является то, что она описывается волновой функцией. Это означает, что вся материя ведет себя как волна и может интерферировать сама с собой. Эта интерференция исключает многие электронные «орбиты» и характеризуется серией орбит с возрастающей энергией, но только с определенными дискретными значениями энергии.
Таким образом, электрон, связанный с ядром, может существовать только в определенных разрешенных энергетических состояниях. Эти энергетические состояния связаны с другими свойствами, такими как угловой момент.
Электрон может совершать дискретные квантовые переходы между энергетическими уровнями посредством поглощения или испускания энергии в виде фотонов света. Поскольку уровни энергии дискретны, энергия фотонов также будет поглощаться или испускаться.
Почему электроны не излучают всю свою энергию и не коллапсируют на дно ямы?
Это связано с тем, что существует минимальная разрешенная энергия, ниже которой состояний больше нет.
Так уж получилось, что самое низкоэнергетическое состояние сосредоточено в ядре, но распространяется и за его пределы. Это не орбита как таковая, это просто состояние с наименьшей возможной энергией, не имеющее связанного с ним углового момента. Электрон имеет облако вероятности, сосредоточенное в ядре, но распространяющееся за его пределы просто потому, что масса электрона величина очень малая. Это распределенное состояние электрона обусловлено принципом неопределенности Гейзенберга.
Комментарии 6
Здесь можно предположить, что Вселенная появилась в холодном состоянии задолго до первого взрыва.