Согласно Резерфорду, электроны вращаются вокруг ядра точно так же, как планеты. Поскольку они вращаются, их движение ускоряется. Когда заряженная частица (электрон) ускоряется, она испускает излучение и теряет энергию. Таким образом, электрон в модели Резерфорда будет непрерывно излучать энергию и двигаться по спирали к центру, но на атом не действует никакая внешняя сила, поэтому угловой момент системы должен сохраняться. Таким образом, когда электрон первоначально начинает двигаться по спирали внутрь, его скорость будет увеличиваться, чтобы компенсировать уменьшение радиуса, но когда, наконец, он столкнется с ядром, его скорость будет равна нулю. И угловой момент ядра все время остается равным нулю. Так как же будет сохраняться угловой момент при столкновении с ядром?
Я думаю, что модель Резерфорда должна быть полностью последовательной, определяемой в терминах классической электродинамики. То, что оно неправильно описывает атом, не имеет значения.
В этой классической электродинамической модели не должно быть никакой разницы между электронами вокруг ядра и легким шаром вокруг тяжелого шара (или другими формами, которые вы хотите им придать), до тех пор, пока массы и заряды масштабируются соответствующим образом, а также радиус, если вы хотите точно знать, когда произойдет столкновение. Обратите внимание, что если бы они были обеими точками, расстояние становилось бы все меньше, но никогда не равнялось бы 0, и коллапса не было бы.
То, что произойдет, точно зависит от того, что произойдет, когда электрон ударится о ядро, что не является частью модели. Если бы поверхность ядра действовала как непроницаемый барьер без трения, оно начало бы скользить или подпрыгивать вокруг него. Если же, с другой стороны, они каким-то образом сливаются во что-то новое, объединенный новый объект будет вращаться.
РЕДАКТИРОВАТЬ Как заметили АннаВ и Эмилио Писанти, излучение унесет часть углового момента, и неверно, что электронно-ядерная система сохранила бы угловой момент. Однако он никогда не потеряет все это.
Для модели, которую вы описываете, угловой момент системы сохраняется так же, как и энергия: это не так.
Точнее, ни энергия, ни угловой момент для системы протон+электрон сами по себе не сохраняются, потому что это не изолированная система, так как она находится в контакте с полем излучения. Однако, как только вы включаете энергию и угловой момент излучения, вы получаете изолированную систему, и обе величины сохраняются.
Важно подчеркнуть, что обязательно должен быть излучаемый угловой момент — орбита не может распасться без него. Круговые орбиты имеют минимальную энергию для своего углового момента (и максимальный угловой момент для своей энергии). Если вы хотите уменьшить энергию орбиты за счет излучения, вам также нужно избавиться от углового момента. Это также излучается и становится частью углового момента излучаемых полей.
В конечной точке спирали вы выходите прямо из постулированной Резерфордом физики, так что дальше происходит, по сути, вопрос «каким образом вы хотите расширить модель?» - и ответ будет зависеть от деталей вашего выбора при создании этого расширения. Но если вам нужна модель, в которой ядро имеет конечный размер, а электрон сливается с ним с тесно связанной высокоскоростной круговой орбиты, тогда ядро должно начать вращаться, и эта система будет иметь сохраняющийся полный угловой момент в пределах этого взаимодействие.
Наконец, несколько слов об эпистемологии. Как уже отмечалось, модель Резерфорда неверна. В лучшем случае это ступенька к модели Бора, которая менее неверна (но все же неверна); динамика электронов в атомах регулируется квантовой механикой, и точка. Модель Резерфорда заключена в рамки классической электродинамики и как таковая не описывает реальность. Однако именно потому, что она заключена в рамки классической электродинамики, возможно ( онабыть возможным) обеспечить полный анализ конфигурации в этой классической электродинамической структуре, которая объясняет то, что предсказывает модель (даже если это не согласуется с реальностью, как, скажем, электрон, движущийся по спирали к ядру), при полном уважении внутренние правила формализма (включая, в частности, сохранение углового момента).
важным моментом здесь, как мне кажется, является то, что модель Резерфорда была неверной, поскольку она предсказывала эффекты, которые не наблюдались, как вы сегодня и другие в свое время указывали. Из-за этого, как вы обнаружили, нет никакого фундаментального способа понять это.
Анна В
Льюис Миллер