Почему электрон никогда не сталкивается (и не прилипает) к протону?

Представьте, что в ящике заключен протон, а электрон находится на расстоянии 10 см:

введите описание изображения здесь

Он получает ускорение тысячи метров в секунду ^ 2 вдоль прямой линии, соединяющей два КМ.

Можно было бы ожидать, что электрон столкнется с положительной частицей за доли секунды и приклеится к ней под действием огромной силы, но этого не происходит, даже если мы выстрелим в электрон, обеспечив дополнительную КЭ и скорость/импульс.

Есть ли этому приемлемое объяснение? Почему электрон не следует по прямой силовой линии, ведущей к протону?

Редактировать

мой вопрос был неправильно понят: он не об орбитах или столкновениях. Если у него есть ответ/объяснение, то не имеет значения, относится ли оно к классической физике или физике КМ. Никаких объяснений представлено не было.

  • Мы знаем, что а) два протона могут склеиваться, хотя и отталкиваются друг от друга кулоновской силой, поэтому a fortiori правомерно предположить, что б) две частицы, не отталкивающие друг друга, могут удобно расположиться бок о бок, почти касаясь друг друга Другой:

2а) протон протонвведите описание изображения здесь

2б) протон электронвведите описание изображения здесь

  • мы также знаем, что в телевизионной трубке электроны покидают пушки и ударяются о экран, следуя невероятно точным траекториям, создавая изображения, несмотря на HUP и тот факт, что они являются

"... точечная частица, не имеющая ни размера, ни положения"

Теперь ситуация, которую я предусмотрел, очень проста, и, вероятно, на нее можно адекватно ответить пошагово, используя да/нет или (приблизительно) цифры:

  • 0) Когда электрон находится в пистолете/коробке, является ли он точечной массой/зарядом или волной вероятности, размазанной по области. когда он попадает на экран, имеет ли он определенный размер/положение?
  • 1) применимы ли здесь электростатика и закон Кулона? знаем ли мы с приемлемой точностью, какое ускорение получит электрон, когда его выпустят, и какую КЭ и скорость он приобретет, когда приблизится к протону?
  • 2) если мы повторим эксперимент миллиард раз, могут ли эти цифры измениться?
  • 3) согласно электростатике электрон должен следовать за силовой линией электрического поля, ведущей к ЦМ протона, и, попав туда, оставаться как можно ближе склеенным невероятно огромной кулоновской силой (рис. 2 б). Этого не происходит... никогда, даже по малой вероятности. Что происходит, что мешает этому произойти? Физика говорит, что только очень большая сила может изменить результаты других законов. В ответах говорится, что КМ разрешила эту давнюю загадку, но не дает решения.
Связано: physics.stackexchange.com/q/20003/2451 и ссылки в нем.
Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .
@DavidZ Пожалуйста, верните комментарии с вопросом, где они должны быть. И я также не согласен с тем, что мой предыдущий запрос на этот счет был без промедления удален.
@zwol, если вы хотите доказать, что комментарии не следует удалять, это не место для этого. Вы можете поднять этот вопрос на Physics Meta .
@DavidZ Я серьезно обдумываю это, хотя и не прямо сейчас (на самом деле не следует спорить с людьми в Интернете, у которых крайний срок подачи бумаги смотрит мне в лицо ;-) Но позвольте мне отметить, что ранее ветка комментариев по этому вопросу была довольно важно понять, что именно хотел знать ОП и почему им не нравились ответы, которые они получали. Как бы то ни было, неясно, почему сам вопрос такой, а половина ответов, похоже, спорит с соломенным человеком, которого даже нет на сцене.
Вопрос был сбит с толку первым комментарием (за которым последовало несколько отрицательных голосов), в котором говорилось, что электрон, находящийся в стабильном контакте с протоном, является просто атомом водорода. Затем последовал ответ, уравнивающий этот вопрос с небесными орбитами. Это не цель вопроса: он просит описать, что происходит, когда вы высвобождаете ограниченный атом в непосредственной близости от протона, поскольку он ускоряется и необъяснимым образом не следует схеме, описанной электростатикой.
Я должен сказать, что если бы была ветка комментариев, которая помогла бы объяснить, о чем этот вопрос, то это ДЕЙСТВИТЕЛЬНО помогло бы. Это скорее позор. Как бы то ни было, я не имею ни малейшего представления о том, о чем здесь спрашивают, и, честно говоря, начинает казаться, что разговор вокруг этого вопроса запутался до безнадежности. Для чего это стоит.
@ user104372 Возможно, протон образует гидростатическое равновесие, как звезда. Электрон притягивается до определенной точки, где он встречает сопротивление положительного толчка наружу от протона.

Ответы (8)

Электрон и протон не похожи на бильярдные шары. Электрон обычно считается точечным, т.е. не имеет размера, но на самом деле это означает, что любой видимый размер, который мы измеряем, является функцией энергии нашего зонда, и когда мы доводим энергию зонда до бесконечности, измеренный размер падает без ограничений. У протона есть размер (около 1 мкм), но только потому, что он состоит из трех точечных кварков — размер на самом деле равен размеру кварковых орбит, а протон не твердый.

Классически две точечные частицы, электрон и кварк, никогда не могут столкнуться, потому что, если они точечны, их фронтальная площадь равна нулю, и вы не сможете поразить цель с нулевой площадью.

На самом деле происходит то, что электрон и кварк являются квантовыми объектами, у которых нет положения или размера. Оба они описываются некоторым распределением вероятностей. Квантовая механика говорит нам, что между электроном и кварком может произойти реакция, и именно это происходит, когда вы сталкиваете частицы в ускорителе, таком как БАК. Однако в вашем эксперименте у сталкивающихся электрона и протона недостаточно энергии для создания новых частиц, поэтому они обречены просто бесконечно колебаться друг вокруг друга.

Если вы ускорите электрон, вы можете дать ему достаточно энергии, чтобы произошла реакция. Этот процесс известен как глубоконеупругое рассеяние , и исторически этот эксперимент был важным способом, которым мы узнали о структуре протонов.

Может ли электрон пройти через протон? Если да, то какая энергия требуется?
@ user104: прямо сейчас электроны можно найти внутри протонов в каждом атоме вашего тела . Но я предполагаю, что вы думаете об эксперименте с коллайдером, и в этом случае мы бы описали электрон как проходящий через протон, когда длина волны де Бройля электрона меньше размера протона (около 1 фм). Это происходит при энергиях электронов в диапазоне 1 - 10 ГэВ. Для сравнения, это примерно в 10000 раз меньше энергии, используемой в LHC.
Спасибо. 1) Как узнать, прошел электрон или просто пропустил?, 2) ... если дело только в длине волны, у протонов есть еще более короткие, могут ли они тоже пройти через другой протон?
@ user104: (1) вы не можете. (2) да, действительно, БАК сталкивается протоны с протонами, и в большинстве случаев протоны просто проходят друг через друга, не рассеиваясь.
@JohnRennie Действительно ли размер исходит всего из 3 кварков? Мэтт Страсслер говорит, что в протоне гораздо больше, чем 3 кварка profmattstrassler.com/articles-and-posts/largehadroncolliderfaq/…
@DavePhD: да, протоны намного сложнее, чем просто три кварка. Но это осложнение для другого дня. Я уверен, что эта проблема была решена в физике SE, если вы хотите найти ее.
@JohnRennie да, я вижу это физика.stackexchange.com/q/ 81190
Разве это не тот случай, когда протоны и электроны внутри звезд объединяются, образуя нейтроны?
Привет, Джон Ренни. Могу я задать вопрос: в своем ответе вы утверждаете, что причина, по которой протоны не могут находиться в одном и том же положении, заключается в том, что они представляют собой точечные частицы. Тогда как насчет фотонов; могут ли два фотона находиться в одной и той же точке пространства? И под точкой я подразумеваю что-то безразмерное, но имеющее определенное значение в определенной системе координат. Могут ли два фотона находиться в одной и той же точке пространства? Спасибо.
@ConstantineBlack: частицы — это не точки. Они представляют собой возбуждения в квантовом поле и не имеют положения или размера в том смысле, в каком они есть у макроскопических объектов. Они точечны в том смысле, что любой эксперимент по измерению минимального размера потерпит неудачу. Любые две частицы, электроны, кварки и фотоны, могут иметь перекрывающиеся распределения вероятностей, и существует конечная вероятность того, что обе они могут быть обнаружены в любом элементе объема, независимо от того, насколько мал этот элемент объема. Однако бессмысленно спрашивать, могут ли любые две частицы любого вида находиться в одной и той же точке пространства .
Могу ли я выразить это так: могут ли два фотона иметь вероятность того, что мы найдем их в одной и той же точке пространства (возьмем эту точку как область, которая стремится к нулю); могут ли два фотона занять одну и ту же точку в пространстве? Есть ли такая возможность и для любой другой частицы. Еще раз спасибо за ответ.
@ConstantineBlack: вероятность найти частицу в объеме д В является п знак равно ψ * ψ д В и это идет к нулю как д В уходит в ноль. Значит, вероятность найти любую частицу в точке нулевого объема равна нулю.
@JohnRennie: В вашем ответе есть обычное упрощение - протон - это море глюонов и кварков с тремя (вроде) выдающимися валентными кварками. Большинство столкновений LHC представляют собой глюон-глюонные взаимодействия, за которыми следуют кварк-глюон, кварк-кварк и так далее, переходя к ним при более высоких энергиях.
Привет @EricTowers. DavePhD уже упомянул об этом несколькими комментариями выше . Я намеренно сделал упрощение, чтобы мой ответ был понятен тем, кто не занимается QFT.
@JohnRennie: Хм... Потерял это в море длинных комментариев. Извините за дупликацию».
«Они являются возбуждениями в квантовом поле и не имеют положения или размера в том смысле, в каком они есть у макроскопических объектов». Так что все в сущности энергетические поля. Чем больше я читаю об этом, тем больше кажется, что мы просто живем в симуляции.
@CramerTV: квантовое поле - это не энергетическое поле, это операторное поле. До какой степени это отражает физическую реальность, а до какой степени это просто математический прием, является постоянным спором. Мы знаем, что квантовые объекты не имеют размера или положения с 1920-х годов, так что это не новость. Я не вижу никакого отношения к аргументам о симулированной вселенной.
Благодарю за разъяснение. Комментарий был навскидку - надо было в конце поставить маленький подмигивающий смайлик.
@JohnRennie Я понимаю замечание Крамера о «симуляции» как выражение чувства отчужденности, отчужденности, нереальности. В сущности, если вы посмотрите очень внимательно, ничто вокруг нас не является «твердым» или даже «там». Это осознание резко контрастирует с нашим непосредственным восприятием, отсюда и отчуждение. Квантовая вселенная кажется недалекой от Матрицы или Шоу Трумэна. Загляните за кулисы, и все не так, как казалось. (Это также кажется в высшей степени вычислимым/вычисленным; не то, чтобы это была оригинальная мысль.)
Классически две точечные частицы, электрон и кварк, никогда не могут столкнуться, потому что, если они точечны, их фронтальная площадь равна нулю, и вы не можете поразить цель с нулевой площадью*. А как насчет бесчисленных столкновений электрона с электроном?
@ user104: электрон-электронное столкновение не является классическим столкновением. Это событие квантового рассеяния с амплитудой, которую вы должны рассчитать с помощью квантовой теории поля.
Почему никто не упомянул протонный распад? Разве это не протон, поглощающий электрон, становится нейтроном?
@user34445 user34445 Протон на самом деле не «поглощает» электрон, электрон преобразуется (посредством взаимодействия ближнего действия) в нейтрино, которое затем может свободно удаляться.

Это было большой загадкой до того, как была открыта квантовая механика. Мало того, что электроны притягиваются к протонам, электроны при ускорении излучают энергию. Классический электрон на орбите вокруг протона должен по спирали врезаться в ядро ​​за небольшую долю секунды.

«Объяснение» состоит в том, что классическая физика не работает в малых масштабах. Квантовая механика — лучшая модель. Это не причина почему. Это просто описание того, как устроен мир. Это не всегда интуитивно или правдоподобно.

В квантовой механике электрон не имеет определенного положения или импульса. У него есть волновая функция, по которой можно рассчитать вероятность нахождения его в определенном положении или импульсе. Электрон, связанный с протоном, вероятно, будет находиться очень близко от протона.

Принцип неопределенности гласит, что если неопределенность положения электрона уменьшается за счет удержания вблизи протона, то неопределенность его импульса возрастает. Электрон, который может иметь большой импульс, вряд ли будет оставаться рядом с протоном очень долго.

Существует размер, при котором эти две противоположные неопределенности уравновешиваются. Это определяет размер атомов.

Это было очень расплывчатое описание. Если вам нужна реальная история, ее много в сети. Том III «Лекций Фейнмана» — хорошее введение.

Спасибо за ваш ответ, можете ли вы численно описать результат в соответствии с текущими теориями? Начиная с 10 см, какова конечная скорость и сколько излучается энергии? по какой формуле рассчитать количество излучаемой энергии? Каков конечный результат? водород в основном состоянии с 13 эВ Ke? Когда и как утилизируется избыток энергии?
Да, см. Уравнение Шрёдингера. Как видно из ответа Джона Ренни, нет никакой гарантии, что электрон будет захвачен. Если бы это было так, то конечным состоянием был бы атом H в основном состоянии. Энергия будет легкой. Энергия каждого фотона будет определяться разницей между орбиталями атома H. В сумме получится 13,7 эв, потому что 10 см — это почти то же самое, что бесконечно далеко от протона.
Если начальная кинетическая энергия равна нулю, электрон обязательно будет связан. 10 см, и никакая начальная скорость не соответствовала бы примерно l = 0, n = 14000 ридберговским атомам. Оттуда он мог распасться из-за излучения электромагнитного излучения.
Какую главу тома 3 вы предлагаете? Я не смогу прочитать весь том.
Начните с главы 1. В ней резюмируется разница между классической физикой и квантовой механикой. Глава 2 продолжается и доходит до размера атома.

Этот тип модели, классическая модель, привел к модели Бора и квантовой механике для атома, поскольку это экспериментальный факт, что атом водорода существует и не превращается в нейтрон.

Для больших расстояний, которые вы иллюстрируете, классическая траектория должна быть точно центрирована, иначе даже в классическом случае будет боковое движение, которое создаст гиперболическую орбиту. В квантово-механической теории, которая является правильной при обсуждении элементарных частиц, точные линии не существуют, положение и энергия ограничены принципом неопределенности Гейзенберга, а электрон и протон находятся в квантово-механическом режиме, поэтому вероятность бокового движения очень высока.

В системе центра масс электроны и протоны притягиваются так, как вы описываете на рисунке. Рассеяние электрона на протоне, которое вы описываете, было изучено, и если энергия электрона достаточно высока, он будет рассеиваться в поле протона. Если он ниже линий водорода, то он будет захвачен полями в атом водорода, излучающий соответствующую энергию в виде фотона.

Квантовая механика не допускает «слияний» в том виде, в каком вы их себе представляете. В ядрах существует электронный захват , протон захватывает электрон и становится нейтроном, но опять же это специфическое квантово-механическое решение внутри ядра.

Вы, кажется, пропустили вопрос, Анна. Если бы Луна остановилась, как я представлял себе электрон, он ударился бы о Землю и прилип к ней. Суть электрона в том, что даже если он стартует из неподвижного положения, он совершает боковое движение, которое отклоняет его от естественной прямой линии.
Вы пропустили мой ответ. Квантовая механика не дает точных x, y, z, но это зависит от принципа неопределенности Гейзенберга.
Я не описываю ни рассеяния, ни слияния, я прошу объяснить, почему электрон отклоняется от прямой линии, объясняет ли это ГУП? Разве не требуется сила, чтобы отклонить его?
Да, HUP объясняет, что вы не можете знать импульс и положение частицы одновременно. Электрон — это квантово-механическая сущность, управляемая вероятностным распределением, см. атомные орбитали en.wikipedia.org/wiki/Atomic_orbital . Никакая сила не требуется с HUP. Кроме того, протон и электрон, если их относительная энергия является подходящей, связываются с водородом. Электрон не может упасть на протон, как бильярдный шар. Область квантовой механики хорошо смоделирована и соответствует данным. , для описания электрон-протонных взаимодействий необходима квантовая механика.
-1, это не кажется полезным способом ответить на вопрос. Электрон не вращается вокруг ядра по классической орбите, как Луна вращается вокруг Земли, и именно это заблуждение является источником путаницы ОП. Это не то, что вы должны подкреплять в первом абзаце.
@IlmariKaronen, вы забываете о модели Бора, которая запустила весь квантово-механический поезд.
@annav В своем комментарии вы сказали, что в HUP не требуется боковая сила. Объясните, пожалуйста, почему это было не нужно? Я действительно не понимаю, как мог электрон отклоняться от прямой линии?
@AnubhavGoel в квантово-механических измерениях можно рассчитать только вероятности существования электрона в точке (x, y, z), а не прямые пути. Может мой ответ здесь поможет? физика.stackexchange.com/questions/135222/…
@annav Ваш ответ подсказывает мне, что ученый в настоящее время не знает, почему электрон отклонился на разные пути. Мы только что видели, как это происходит.
@AnubhavGoel Это не один случай, это огромное количество экспериментальных доказательств, которые привели к теории квантовой механики, которая является предсказательной (вы бы не общались на этих веб-страницах так, как сейчас, если бы квантовая механика не была предсказательной) и постоянно проверяются. Окончательное «почему» — «потому что это то, что мы наблюдаем», а теоретическое «почему» — «потому что это предсказывают уравнения квантовой механики». То же самое верно для классической теории гравитации и планет вокруг Солнца. Орбиты наблюдались, подгонялись под законы тяготения Ньютона, и теперь "почему"
отвечает «классическая теория гравитации». Однажды найденная теоретическая модель описывает данные и предсказывает новые ситуации. Конечная «почему эти данные существуют» экзистенциальна. Почему существуют люди?
@annav: «Да, HUP объясняет, что вы не можете знать импульс и положение частицы одновременно». Но вопрос не в определении фактического маршрута частицы. ОП - это то, почему маршрут отклоняется от прямой линии. Тот факт, что мы не можем что-то знать (с помощью математики), не означает, что этого не существует. HUP не меняет маршрут. Это только мешает вам узнать это.

Ответ на ваш пересмотренный вопрос заключается в том, что ваш объект 2b действительно существует , правильно описан как электрон, прилипший к протону посредством кулоновского притяжения, и это то, что вы получите (в большинстве случаев), если вы возьмете один электрон и один протон и поместите их в пустую в остальном вселенную, первоначально покоящуюся в системе центра масс. Начальное расстояние разделения влияет только на то, сколько времени потребуется, чтобы электрон застрял, и сколько энергии высвобождается в процессе. Объект обычно известен как атом водорода.

Эта фраза точна:

(3) согласно электростатике электрон должен следовать за силовой линией электрического поля, ведущей к ЦМ протона, и, попав туда, оставаться максимально склеенным невероятно огромной кулоновской силой (рис. 2 б).

Именно это и происходит. (Избыточная энергия высвобождается в виде фотонов.) Вы думаете, что этого не происходит, и я не знаю, почему. Я думаю, что вы цепляетесь за неточную «модель Бора» атома водорода, в которой электрон «вращается» вокруг протона на расстоянии. Эта модель была отвергнута , поскольку не было правдоподобной причины, по которой электрон должен оставаться на расстоянии от протона.

Теперь есть важная деталь, а именно то, что электрон в атоме водорода все еще движется , даже несмотря на то, что он прилип к протону, и время от времени он удаляется от протона на некоторое расстояние (но, скорее всего, быть очень близко к протону или даже внутри него, если только вы не ударите атом фотоном или двумя и не «возбудите» электрон). Это тот момент, когда вы должны ввести совсем немного квантовой теории (действительно, это одно из первых явлений, для объяснения которого была изобретена квантовая теория). Квантовая теория предполагает, что ничто не может полностью перестать двигаться . Это один из способов выразить знаменитый принцип неопределенности , и я думаю, что это самый ясный способ выразить его в контексте этого конкретного явления.

Ладно, почему ничто не может полностью перестать двигаться? Потому что все есть волна, а волны существуют только тогда, когда они находятся в движении. Я мог бы уточнить это утверждение, но только забросав вас кучей математики, и я не думаю, что это поможет. (Связанная статья о принципе неопределенности переходит к математике.)

Финал Ке не в районе Giga eV's? а энергия связи не находится в районе 13 эВ?. ...вы не можете объяснить этот огромный разрыв только математикой, моделями, догадками и принципами, вам нужны силы, и огромные, чтобы заставить электрон затормозить и испустить гамма-луч. Есть ли доказательства испускания гамма-лучей?
« …Квантовая теория предполагает, что ничто никогда не может полностью перестать двигаться… », эта гипотеза не предполагает, что оно должно двигаться: достаточно скромных колебаний, как это происходит в ящике. Разве два протона не удобно сидят рядом друг с другом в ядре, не двигаясь?
@ user104: Одна вещь, которую вы упускаете из виду, это то, что принцип неопределенности здесь связывает положение и импульс , а не положение и скорость. Следовательно, протон, имеющий гораздо большую массу (на которую умножается скорость для получения импульса), чем электрон, может удовлетворять принципу неопределенности, колеблясь в гораздо меньшей области пространства, чем электрон. Вот почему в атоме водорода электрон гораздо более «размазан», чем протон.
@ user104 Я вытащил «метр» из своей задницы и не стал считать. Вы, вероятно, правы, что он не сбрасывает всю эту энергию в один гамма-фотон. Я думаю, что на самом деле произойдет следующее: электрон будет колебаться взад-вперед через протон, испуская тормозное излучение в течение некоторого времени, а затем испуская ультрафиолетовый фотон и переходя в основное состояние водорода. Что касается двух протонов, нет, как говорит Марк, протоны (и нейтроны) в каждом ядре тоже всегда движутся. Просто они намного тяжелее и поэтому меньше двигаются.
@MarcvanLeeuwen, пожалуйста, проверьте, что ваше математическое отношение масс составляет около 10 ^ 3, а область пространства от 10 ^ 15 до 10 ^ 21 .
@ user104 Я не понимаю, какое различие вы проводите между «движением» и «скромным колебанием». Колебания - это один из видов движения. Один из способов получения волновых функций для различных возможных связанных состояний электрона в водороде начинается с рассмотрения электрона как (массивного) пробного заряда, колеблющегося в кулоновской потенциальной яме, точно так же, как в классической механике — с той лишь разницей, что вы подставляете уравнение Шредингера для второго закона Ньютона.
@user104 По поводу математики Марка, помните, что помимо того , что они на ~10^3 массивнее, протоны и нейтроны в ядре «склеены» остаточным сильным взаимодействием, которое в ядерном масштабе на ~10^4 сильнее , чем электромагнитное сила.

Диаграммы в вопросе не следует воспринимать буквально. Как объясняет Мэтт Страсслер , неправильно думать, что протон имеет только 3 кварка. Вместо этого имеется огромное множество кварков и антикварков, не способных отличить реальное от виртуального.

введите описание изображения здесь

Мы знаем, что а) два протона могут склеиваться

Это был бы нестабильный дипротон. Итак, нет, два протона не могут слипнуться без хотя бы одного нейтрона. Кроме того, протоны могут взаимодействовать друг с другом через остаточное сильное взаимодействие, а протон и электрон - нет.

Согласно структуре протона из измерения частот перехода 2S-2P в Muonic Hydrogen Science Vol. 339, стр. 417-420:

... сравнение между теорией и экспериментом затруднено из-за отсутствия точных знаний о заряде протона и распределении намагниченности. Структура протона важна, потому что электрон в S-состоянии имеет ненулевую вероятность оказаться внутри протона. Таким образом, сила притяжения между протоном и электроном уменьшается, потому что электрическое поле внутри распределения заряда меньше, чем соответствующее поле, создаваемое точечным зарядом.

Электрон может находиться внутри протона. Это контактное взаимодействие Ферми . Контактное взаимодействие Ферми можно наблюдать с помощью ЯМР, ЭПР и электронного захвата. Электрон не оказывается в ловушке внутри протона, потому что протон не представляет собой бесконечную яму. Внутри протона наиболее вероятное место (для данного малого объема) для электрона, чтобы быть в основном состоянии водорода, но это не единственное место, потому что протон не бесконечно глубокая яма потенциальной энергии.

Для количественной модели фактического распределения заряда в протоне см. Зависимость от форм-фактора протона поправки конечного размера к лэмбовскому сдвигу в мюонном водороде.

•1) применимы ли здесь электростатика и закон Кулона?

Закон Кулона не применяется точно. Она должна быть заменена квантовой электродинамикой .

Два протона могут склеиваться ( в ядре ), потому что (остаточное) сильное взаимодействие больше, чем кулоновское. Для электрона в этом нет необходимости, потому что сама сила Колумба теперь является силой притяжения. Следовательно, вы должны учитывать другую силу, более сильную, чем та, которая в данном случае должна быть отталкивающей, прямо противоположной тому, что вы называете остаточной сильной силой .
@ user104 Это не обязательно должна быть отталкивающая сила. Принцип неопределенности Гейзенберга ограничивает то, насколько замкнутым может быть объект при заданном импульсе. Масса электрона намного меньше массы протона, поэтому его труднее удержать в небольшом пространстве, чем протон.
Пожалуйста, обновите свой пост с ответами, шаг за шагом. HUP — это просто описание пределов экспериментального знания, это не закон Природы или физики, он не может влиять на реальность не более, чем математика, закон Оккама или теорема Нётер и т. д. Должен существовать четко определенный, проверяемый и проверенная/измеримая сила. Я просто прошу вас описать, что на самом деле происходит, когда его выпускают из коробки: количество энергии и импульса, которые он приобретает, огромны, не так ли?
@ user104, значит, вы принимаете уравнение Шредингера?
Дэйв, дело не в принятии. Вы, конечно, принимаете Пифагора, но воспримете ли вы это как объяснение, если я скажу, что Пифагор заставляет яблоко падать на землю или поднимать ведро, когда вы его вращаете? Шредингер дает достаточно адекватное математическое описание вероятности обнаружения электрона вокруг ядра. Нельзя сказать, что он удерживает электрон вокруг ядра. Точно так же было бы грубым и наивным заблуждением утверждать, что кулон нарушается из-за HUP: достаточно ли это ясно? Результат эксперимента должен соответствовать HUP, если вы не модифицируете HUP. это наука
@ user104 Экспериментально доказано, что закон Кулона нарушается сдвигом Лэмба, эффектом Казмира, лондонской дисперсионной силой и т. Д. Я добавил в ответ.
@ user104, «принцип неопределенности фактически устанавливает фундаментальное свойство квантовых систем и не является утверждением об успехе современных технологий в наблюдениях». en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle
@user104 см. раздел 4.1 Упругое рассеяние электронов-нуклонов здесь physics.umd.edu/courses/Phys741/xji/chapter4.pdf

Хотя это ложь, которую мы говорим детям, один из способов понять, что происходит, — это Неопределенность Гейзенберга.

Произведение определенности местоположения и определенности скорости ограничено снизу.

Это означает, что по мере того, как увеличивается объем того, чем что-то ограничено, должна расти и его скорость.

Вы можете определить, насколько сильно притяжение между протоном и электроном. Если у электрона больше кинетической энергии, чем эта, притяжение между протоном и электроном не будет достаточно сильным, чтобы удерживать его.

Таким образом, притяжение между протоном и электроном определяет, насколько мала область, в которой может быть заключен электрон.

«Столкновение» требует, чтобы электрон и протон находились в «одном и том же» небольшом месте. Что происходит тогда? Ну, а если им не хватит энергии для порождения новых частиц, они просто разлетятся. Если у них есть достаточно энергии, чтобы породить новые частицы, то иногда они это делают, и они перестают быть протоном и электроном. Бах, они бьют друг друга.

Но без достаточной энергии для формирования новых частиц электрон вместо этого формирует «облако» состояний вокруг протона, где радиус облака определяется энергией связи между протоном и электроном.

Интересно, что происходит, когда вы добавляете больше электронов и протонов (предполагая, что вам удается удерживать протоны вместе): срабатывает принцип запрета Паули, и новые электроны должны «наслаиваться» поверх старых в «ближнем плане». " состояния.

Теперь, как протоны слипаются? С помощью нейтронов ядерные силы обеспечивают гораздо более сильную энергию связи. Это приводит к тому, что они ограничиваются меньшим радиусом (ядром), чем электронные орбитали.

Если им не хватает энергии, они просто разлетаются. Зачем им разлетаться?

Необходимо помнить о двух важных аспектах электрона: 1) при «низких» скоростях он ведет себя как частица (применяется классическая физика). 2) в «атомном масштабе» он действует как волна (применяется КМ).

Ответы на ваши вопросы:

0) Поскольку речь идет о низкой скорости, электрон ведет себя как точечная частица. Когда он попадает на экран, он имеет определенный размер и положение .

1) Да, действуют электростатика и закон Кулона, но поскольку электрон находится в движении , действуют и другие законы (Ампера, Фарадея и т. д.).

2) Повторение эксперимента миллиарды раз было бы эквивалентно использованию множества электронов одновременно (ток), что и используется в «электронной пушке». Поскольку используется большая группа электронов, результаты становятся более точными/предсказуемыми, что позволяет использовать «классическую» физику.

3) Как упоминалось в 1), электростатики и закона Кулона недостаточно для объяснения движения электрона. Из-за самоиндукции, когда электрон движется к протону, создается / индуцируется сила , перпендикулярная как вектору скорости, так и линии, соединяющей электрон и протон (тангенциальной к протону) . По мере того, как расстояние уменьшается, индуцированная тангенциальная сила увеличивается, вызывая все большую и большую тангенциальную скорость. В то же время увеличивается и нормальное ускорение, обусловленное законом Кулона. В какой-то момент и центробежное ускорение (из-за тангенциальной скорости), и нормальное ускорение будут равны и противоположны друг другу, поэтому электрон будет «окружать» протон (на боровском радиусе) и, таким образом,

Для электрона с более высокими энергиями соответствующие ответы уже были даны.

Спасибо, не могли бы вы подробнее остановиться на пункте 3, о перпендикулярной самоиндуцированной силе, которая отклоняет траекторию?
Я бы решительно возражал против представления о том, что электрон когда-либо имеет «определенный размер и положение». Масштаб пикселя на экране ЭЛТ может быть слишком большим, чтобы заметить этот факт, но это всегда просто волна вероятности.
У меня также есть проблемы с перпендикулярной силой из-за самоиндукции. Электромагнитные поля, создаваемые ускоренными зарядами, всегда «пытаются устранить свою причину»; в случае линейного ускорения они должны просто «тормозить» электрон, что может быть выражено более высокой индуктивностью или инерцией.
Можете ли вы сказать, где я могу прочитать больше о том, как создается эта собственная индуктивность и как она создает перпендикулярную силу?
@PeterA.Schneider: То, что вы описываете, произошло бы, если бы электрон находился на траектории «мертвой точки». Однако доказуемость этого очень мала. Большую часть времени электрон будет следовать по спиральной траектории, что вызвано упомянутой перпендикулярной силой.
@AnubhavGoel: Каждый раз, когда электрон (заряженная частица) движется, создается магнитное поле, перпендикулярное вектору его скорости. Формула F = qv X B. Поскольку это перекрестное произведение, сила перпендикулярна как вектору скорости v, так и (самоиндуцированному) магнитному полю B.
@Guill Генерируемое поле перпендикулярно направлению движения электрона. Протон находится перед ним, по направлению его скорости. Итак, это поле никогда не взаимодействует с протоном, пока e– не окажется внутри протона. Тогда никакое упомянутое вами уравнение не доказывает перпендикулярное отклонение. Извините, но я не могу поддержать этот ответ.

У вас много объяснений, и я хочу добавить еще одно.

Взаимодействие полей одномерными структурами в пространстве

Несколько лет назад я работал над одномерными структурами пространства и каким-то образом применил результаты к электрическим полям, магнитным полям и электромагнитному излучению, и оказалось, что для их описания нужны только два типа квантов. Таким образом, описание полей через силовые линии получает материалистическую основу, с помощью этих двух квантов и их сгустков можно описать как электрическое, так и магнитное поле, а также фотоны.

Квантовый характер взаимодействия

При сближении электрона и протона силовые линии укорачиваются, но из-за допущения в моей разработке кластеры должны следовать непрерывной функции и число квантов в них должно возрастать с постоянным числом. Таким образом, некоторые кванты испускаются в виде фотонов, а некоторые из них на концах «цепочки» переходят к протону и электрону. На некотором расстоянии между ними уже невозможно укоротить силовые линии, испускание фотонов прекращается, а также прекращается переход квантов внутрь протона и электрона.

Моя статья очень сухо написана, и перевод на английский язык не делает ее лучше, но в ней есть действительно новые идеи и до сих пор нет ни одной нестыковки.

Почему электрон никогда не сталкивается (и не прилипает) к протону?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 2v