Я чувствую, что хронология, в которой концепции преподаются на уроках физики в университете, заставляет студентов «разучивать» некоторые более ранние концепции, чтобы понять новые, и я думаю, что именно поэтому я застрял на концептуальной проблеме с волновой функцией атомной орбиты. , который вешает меня на интерпретацию волновой функции в целом.
Предположения, с которых я начинаю:
Орбитальная волновая функция — это нефизический вычислительный инструмент, абсолютный квадрат которого пропорционален вероятности взаимодействия с электроном в данной области.
Атомные орбитали ограничены как по окружности, так и по радиусу длиной волны де Бройля электрона.
Потеря или увеличение целого числа длин волн (исключая другие факторы, такие как угловой момент и т. д.) точно объясняет переход электрона между орбиталями.
Переход с более высокой энергетической орбитали в основное состояние сопровождается созданием реального фотона с энергией, пропорциональной этому переходу.
Вот моя проблема:
Если волновая функция нефизична, а квадрат волновой функции описывает только вероятность, мне трудно понять, почему выигрыш или потеря целого числа длин волн вероятности должны приводить к созданию вполне физически реального и измеримого фотона дискретных частиц. энергия.
Кажется, что мы едим наш торт и едим его одновременно. Если волновая функция описывает физически распределенную электронную волну, которая приобретает и теряет целое число длин волн при переходе с одной орбитали на другую, то интуитивно понятно, что эти переходы будут связаны с поглощением/созданием фотонов.
Как только мы говорим: «Орбитали — это только плотности вероятности, не имеющие физического существования, электрон всегда остается точечным зарядом», тогда концепция увеличения или уменьшения длины волны в распределении вероятностей выглядит так, как будто мы связываем абстрактную математическую конструкцию с создание физически реальных частиц, а затем обратное преобразование.
Добавьте к этому, что позже нас учат, что правило Борна на самом деле является нерелятивистским приближением, которое не применяется, если вы модернизируете уравнение Дирака, и мне остается только гадать, действительно ли «волны вероятности» являются наиболее точным способом подумайте об атомных орбиталях и о волновой функции в целом.
«Заткнись и вычисляй» тоже работает, но я не думаю, что я один хочу держать в голове хотя бы самую современную концептуальную основу, пока я ковыряюсь в математике.
Ответ Джона Ренни здесь, я думаю, близок к тому, что я ищу: если орбитальные оболочки - это просто функции вероятности, почему квантовые числа всегда являются целыми числами?
Хотя, если я правильно интерпретирую его ответ, мы должны перестать ссылаться на квадрат волновой функции как на плотность вероятности для положения электрона, потому что для электрона просто НЕТ положения, пока он находится в собственном энергетическом состоянии, и в этом случае кажется для меня представление о нем как о действительно «размазанном» в пространстве было бы более точным, чем представление о нем как о точечной частице с вероятностью нахождения в определенном (x, y, z). Но мне неоднократно сообщали, что "размазанная" картинка тоже неверна.
Когда мы занимаемся физикой, мы всегда переключаемся между «абстрактными математическими конструкциями» и «физически реальными сущностями». Вот что означает наличие математической модели, которая предсказывает, что происходит в (идеализации) мира . Это вовсе не уникально для квантовой механики, это присуще идее, что математика может рассказать нам что-нибудь о реальном мире.
Чисто классический пример этого см., например, в вопросе «Как может быть полезна энергия, если она «абстрактна»?» .
Известное эссе, размышляющее о более широкой философии использования математики в физике, см. Вигнера «Необоснованная эффективность математики в естественных науках» .
Кроме того, «самый точный способ» не всегда самый полезный способ думать о проблеме. Да, конечно, наше самое «точное» понимание квантового мира — это не нерелятивистская квантовая механика как волновая механика, а релятивистская квантовая теория поля, точно так же наше самое «точное» понимание гравитации — это не ньютоновская гравитация, а общая теория относительности.
Но мы не используем самое «точное» понимание для предсказания всего. Никто не занимается общими релятивистскими вычислениями, чтобы выяснить, через какое время брошенный камень упадет на землю, и точно так же никто не использует полную квантовую теорию поля, чтобы получить представление о том, что такое орбитали.
Наконец, вы должны быть осторожны, чтобы различать формальные предсказания квантовой механики — «Квадрат волновой функции — это плотность вероятности обнаружить электрон в определенном месте и в определенное время» — и ее интерпретации — например, «Электрон действительно размыт » . и не имеет положения», «Электрон имеет определенное положение и управляется пилотной волной», «Для каждого возможного положения электрона существует целый мир» и т. д. Первые объективны и могут быть проверены экспериментально. , а последний не может.
Ты прав. Нужно чему-то научиться, а потом снова разучиться.
Изображение электронной волны де Бройля, аккуратно вписывающей целое число длин волн в окружность боровской орбиты, что лежит в основе ваших предположений 2 и 3, и хорошо объяснено, например, в https://physics.stackexchange.com /a/318638/194034 на более высоком уровне просто неверно.
Электроны не вращаются вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. У них есть волновая функция, которая должна быть решением уравнения Шредингера (или уравнения Дирака — относительность здесь не при чем).
Но мы продолжим преподавать модель Бора, так как это полезный шаг вверх по лестнице более полного понимания.
пользователь4552
пользователь4552
Г. Смит
Дж. Паттарини
Г. Смит
Герт
Г. Смит
my2cts