Чому електрони не падають на ядро

Навряд чи хтось зможе відповісти на це питання, так що дозволю собі перефразувати: "Як фізика пояснює неможливість електрона перебувати нескінченно близько до ядра?". Я бачу два варіанти відповіді: принцип невизначеності і рівняння Шредінгера.

Варіант перший. Принцип невизначеності свідчить, що неможливо нескінченно точно знати одночасно розташування і імпульс частинок. Якщо ж електрон перебував би на нульовому відстані від ядра, то ми б знали з дуже маленькою погрішністю його розташування, а значить похибка імпульсу була б неймовірно великий. Той факт, що електрон міг би мати будь-який імпульс, означав би, що він міг би мати достатній імпульс, щоб вирватися в верхні рівні. Принцип невизначеності так само вірний і для енергії-часу. Відстань від ядра визначає енергію електрона, з чого випливає, що електрон, що знаходиться на нульовому відстані від ядра мав би певну енергію. Так як час при цьому мало б нескінченну невизначеність, то сама ця конструкція була б нестабільною, а значить електрон з великою ймовірністю вирвався б в перший енергетичний рівень.

Варіант другий. Рівняння Шредінгера для електрона, прив'язаного до ядра, має безліч рішень, кожне з яких відповідає певній енергії, а енергія електрона залежить від відстані від ядра. І жодне з рішень не допускає нульовий радіус. Спробую пояснити не використовуючи саме рівняння Шредінгера, а тільки той факт, що електрон є хвилею матерії з певним зарядом. Якщо уявити хвилю, яка розташована навколо ядра, то довжина хвилі буде залежати від радіуса, що рівносильно залежності імпульсу від радіуса. Знаючи імпульс, можна знайти відцентрову силу. Так як роль відцентрової сили грає сила за законом Кулона, ми отримаємо рівняння, яке має рішення для радіуса. Ось приблизні обчислення:

Довжина орбіти електрона = 2pi * r = n * lambda, де lambda - довжина хвилі, а n - будь-яке ціле число. Відомо, що lamda = h / p, де h - константа, а p - імпульс. Отримуємо r * p = n * h / 2pi, причому r * p = r * mv = n * h / 2pi (1).

З іншого боку, відцентрова сила = mv ^ 2 / r = Сила по Кулону =

З (1) можна виразити швидкість, вставити її в рівняння (2) і знайти радіус, який буде залежати від n, отримаємо безліч рішень з ненульовими радіусами. Як підсумок отримаємо радіус Бора, який дещо відрізняється від квантового рішення, але цілком прийнятний.

Якщо ви знаєте відповідь на це питання і можете аргументовано його обгрунтувати, не соромтеся висловитися

Допоможіть нам знайти відповідь.

Виберіть того, кому варто поставити це питання>

Рейтинг питань за день

Відповіді від тих, хто знає