Электроны расположены рядом с ядром атома и это известно даже после изучения курса школьной физики. Вроде как всё строится на логике, что противоположности притягиваются. Вот только почему они притягиваются? Есть ли какой-то описанный механизм?
Классическая физика сама по себе не в состоянии описать, как электроны могут быть связаны с атомом. Нет способа описать и стабильность материи. Ведь по классической логике электрон упадёт на ядро. Но обратимся к физике более совершенной.
Коллапс материи и положение электрона связаны
Прямым следствием уравнений Максвелла является излучение Лармора, то есть энергия, излучаемая ускоренным электрическим зарядом.
В электродинамике излучение Лармора - это энергия, излучаемая нерелятивистским точечным зарядом при его ускорении. Впервые она была выведена Дж. Дж. Лармором в 1897 году, в контексте волновой теории света. То есть, если коротко - электрон теряет энергию.
Теперь ещё кое-что. Если электроны «вращаются» вокруг атомного ядра, то они должны иметь и некоторое центростремительное ускорение, что означает потерю ими энергии. Другими словами, согласно уравнениям классической физики, вся материя должна коллапсировать сама по себе. В общем-то, мы уже обсуждали это на канале.
Собственно, предполагаемая специфика поведения электрона более чем описывает (на первый взгляд) стабильное положение электрона где-то на своей орбите. Он просто туда...падает :)...
Взгляд на атом с другой стороны
Причина, по которой этого не происходит, заключается в том, что электроны не вращаются вокруг ядра так же, как планеты вращаются вокруг звезд. Обычно школьный курс такое не рассматривает, да и в институте об этом не всегда говорят. Полезно помнить про модель атома по Шрёдингеру.
В очень малых масштабах материя начинает терять свои корпускулярные свойства и начинает вести себя как волна.
Это означает, что электрон более точно описывается растянутым волновым пакетом, а не точечным зарядом. Электроны могут интерферировать друг с другом или даже с самими собой, подобно тому, как две волны интерферируют в воде.
Собственно, тут же кроется ответ и на главный вопрос, который мы пытаемся найти. Вопрос удержания электрона на орбите (говоря языком классической физики, ведь мы уже сказали, что модель Резерфорда не совсем правильная).
Волне не нужно притягиваться
Если мы считаем, что электрон привязан к круговой орбите или хотя бы некоторой точке, и он движется достаточно быстро, чтобы его «волна материи» могла интерферировать сама с собой, то образуется стоячая волна. Если электрон вибрирует с подходящей резонансной частотой, его ускорение будет равно нулю, и он не теряет энергию путем испускания излучения Лармора. Ну и сразу отпадает проблема с центростремительной силой, которая должна заставить электрон падать на ядро. Он ведь не движется, если волна стоячая.
Именно по этой причине электроны могут существовать только на дискретных энергетических уровнях. Энергия пропорциональна частоте.
По этой причине, вероятнее всего, материя остаётся стабильной. Но как быть теперь с удержанием электрона?
Тут всё ещё интереснее. Предложенное описание причины стабильности материи рассматривает электрон как волну определенной формы. И если множество гипотез удержания электрона рядом с атомом, которые строятся на обмене теми или иными виртуальными частицами, подразумевают ряд сложностей, то тут всё совсем просто.
Электрон просто является пучком энергии, а потому появляется существует в определенной точке пространства. У нас не возникает вопрос, почему морская волна идёт в сторону берега?
Хотя это и можно объяснить механически, пример я этот привожу для того, чтобы читатель осознал, что мы совсем неверное воспринимаем электрон. Он просто существует там, где есть. Наверняка на более глубоком уровне есть обмен энергией с ядром и я буду ещё расширять свои знания, и выпущу статью об этом. Но пока схема получается занятной!,
П.с.: Отмечу, что не стоит использовать эту статью, например, для написания реферата. Это моё осмысление теории и я могу пока ещё упускать важные моменты.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!