Почему электроны не могут излучать на орбитах своих атомов?

Это старый-новый вопрос (я нашел только один похожий вопрос с неудовлетворительным (для меня) ответом: Где Шредингер решил проблему излучения модели Бора? )

Для меня странно, как все книги просто обходят столь важный вопрос, и упоминают странные и математически необоснованные причины, такие как:

  • орбиты стационарны (хотя, насколько я знаю, это просто идеализация, в реальности стационарных орбит нет даже для водорода)

  • электроны на самом деле не локализованы из-за принципа неопределенности, поэтому у них нет ускорения (хотя, очевидно, на несферически-симметричных орбитах всегда существует своего рода «распределение ускорения заряда»)

  • основную роль играют флуктуации вакуума (согласно КЭД).

Меня не интересует, как это объяснили Бор или Шредингер, я хочу увидеть строгое доказательство с помощью КМ, КЭД или, может быть, даже стандартной модели в целом. Я хотел бы видеть, как этот вопрос был закрыт .

Это дубликат вопроса, на который вы ссылались. Голосование за закрытие.
Я полагаю, что мне было ясно, что упомянутый ответ неудовлетворителен, потому что он не имеет строгого доказательства.
На stackexchange вы не отвечаете на неудовлетворительный ответ, задавая тот же вопрос снова. Соответствующими ответами было бы понизить ответ, прокомментировать ответ, объясняя, почему вы считаете, что это неправильно, и предложить награду за вопрос, чтобы попытаться привлечь лучшие ответы.
@BenCrowell Похоже, что TMS не спрашивает об атомах водорода и, помимо этого, хочет получить объяснение, выходящее за рамки нерелятивистской квантовой механики.
Но электроны на своих орбиталях могут излучать, если есть открытый более низкий энергетический уровень. Если нет места в более низком энергетическом состоянии, которое они могут занять, то они не могут излучать. Это также работает в вырожденных системах. Это было решено в принципе простой квантовой механикой.
@Ben Возможно, ответы были удовлетворительными на другой вопрос, но не на то, что хочет спросить TMS. Это тот случай, когда уместно задать новый вопрос. Однако (TMS) новый вопрос - этот - должен четко объяснять, как этот вопрос выходит за рамки предыдущего вопроса.
@Ben: Связанный вопрос устарел и помечен как ответ, я действительно ничего не могу там изменить.
Ваш вопрос не имеет смысла. Вы критикуете книги за то, что они содержат абсолютно достоверные и существенные наблюдения и утверждения, в то время как все ваши добавленные утверждения неверны. Орбиты в атоме КМ стационарны. Собственное состояние с наименьшей энергией не может излучать, потому что из него невозможно получить энергию — нет состояния с более низкой энергией. Электроны не совсем локализованы из-за принципа неопределенности. Неправда, что ускорение всегда подразумевает излучение — оно имеет место только в том случае, если есть состояние с более низкой энергией. Классические формулы, связывающие излучение с ускорением, являются всего лишь приближениями.
И старый вопрос, кажется, эквивалентен вашему и дал несколько прекрасных (и высоко оцененных) ответов. Поэтому очень непонятно, почему вы снова задали вопрос, @TMS.
@LubošMotl хорошо, почему орбиты стационарны? ЭМ поле ядер урана является стационарным? с точки зрения QFT? «Неправда, что ускорение всегда подразумевает излучение», я попросил показать, как это применимо к электрону КМ в строгом доказательстве, и это было одним из различий между двумя вопросами.
так как это всплыло снова: я постоянно поражаюсь, как люди платонически предвзяты, когда спрашивают и отвечают здесь. Они неявно предполагают, что математика вызывает наблюдения, а не то, что верно: «наблюдения моделируются с помощью математики». Неизлучение с атомных уровней является экспериментальным наблюдением, которое необходимо объяснить. В конце концов, спектры атомов прерывисты. Это основное наблюдение как стабильности, так и необходимости квантования.

Ответы (2)

На этот вопрос можно ответить в рамках простой нерелятивистской квантовой механики. Плотность электромагнитного заряда электрона и ток, которые являются источником классического электромагнитного поля, определяются плотностью вероятности электрона и распределением тока.

р ( т , Икс ) "=" ψ * ( т , Икс ) ψ ( т , Икс )
Дж ( т , Икс ) ∝ ψ * ( т , Икс ) ∇ ψ ( т , Икс ) − ψ ( т , Икс ) ∇ ψ * ( т , Икс ) .
Как в стационарном состоянии ψ ( т , Икс ) "=" е − я ю т ф ( Икс ) , ни плотность, ни ток не зависят от времени и, следовательно, они не излучают электромагнитную энергию, согласно уравнениям Максвелла с р и Дж как источники.

Однако, если принять во внимание квантовую природу электромагнитного поля, вероятность излучения фотона (кванта электромагнитного поля) атомом в стационарном состоянии отлична от нуля из-за явления спонтанного излучения .

Обратите внимание, что я упомянул в вопросе, что стационарное состояние - это просто идеализация, на самом деле «потенциал» ядер на самом деле зависит от времени, и такое объяснение в корне неточно.
Что вы подразумеваете под потенциалом, зависящим от времени? Какие ядра? В каких рамках или приближении? Любая ссылка или ссылка? @ТМС
(Конечно, я знаю, что такое потенциал, зависящий от времени, но я игнорирую, при каких условиях потенциал не зависит от времени) @TMS
@TMS "принципиально неточно"?? Если вы оба не верите в истинную Теорию Абсолютно Всего и не имеете ее , это не возражение против любого аргумента. Значительная часть физики — возможно, даже большая часть физики — знает, что включить , а что исключить из любого анализа. Если ваша теория содержит столько же битов информации, сколько класс систем, которые вы пытаетесь изучить, то вы дублируете природу, но не занимаетесь наукой.
Это хороший ответ, явно относящийся к исходному вопросу physics.stackexchange.com/q/68381 . Я бы предложил скопировать его туда, а затем удалить из этого повторяющегося вопроса.
Подожди, я уже не уверен, что это правильно. Если бы это было правильно, последний (вновь добавленный абзац) был бы ложным.
Я имел в виду, что это объяснение можно считать правильным только в приближении того, что ЭМ поле протонов и нейтронов в ядрах стационарно, только тогда мы можем сделать такое разделение переменных в уравнении Шредингера, если только мы не сможем каким-то образом показать, что эти изменения (с время) ЭМ поля слишком малы, чтобы сделать упомянутый подход все еще действительным, и, очевидно, здесь мы не ищем объяснение теории всего, может быть, КЭМ достаточно, тем более, что я упомянул некоторые справочные разговоры о роли вакуумных флуктуаций.
Уважаемый @TMS, будьте уверены, что и атомы, и ядра имеют собственные энергетические состояния — так же, как любые другие объекты в квантовой вселенной с постоянным гамильтонианом — и собственное энергетическое состояние всегда совершенно стационарно. Почему вы так одержимы совершенно неверной идеей, что ядра или атомы не стационарны? Один из ключевых основных результатов квантовой механики состоит в том, что они стационарны . Они стационарны, потому что волновая функция изменяется только на ненаблюдаемую фазу. опыт ⁡ ( Е т / я ℏ ) со временем и решения существуют, потому что гамильтониан всегда имеет собственные состояния.
Подчеркну, что стационарность ядра или атома в его основном состоянии есть абсолютно точный факт. Напротив, убедитесь, что любой аргумент или допущение, которое вы используете для вывода обратного, а именно, что ядра, атомы или их поля не должны быть стационарными, неприменимы к ядрам или атомам — это классическое или другое приближение, которое просто нарушает вниз в этой ситуации.
@LubošMotl White «в общем, поведение электрона не полностью описывается одной орбиталью. Электронные состояния лучше всего представлены зависящими от времени «смесями» (линейными комбинациями) нескольких орбиталей». из атомной орбитали , и «мы можем разложить полный собственный вектор многоэлектронной молекулы на отдельные вклады от отдельных стационарных состояний электрона ... использовать это «одноэлектронное приближение» из стационарного состояния
Я думаю, @TMS, что ты виляешь собакой за хвост. Все ваши аргументы о излучении и зависимости от времени и т. д. и т. д. исходят из миниатюризации классической физики. То есть вы рассматриваете электроны как крошечные бильярдные шары с распределением заряда. Мы подошли к квантово-механической структуре микромира именно потому, что атомы, молекулы и ядра существуют стабильно во времени для подавляющего большинства случаев. Если бы не эта стабильность, мы бы здесь не обменивались мнениями. Квантовая механика воплотила в себе эти многочисленные наблюдения, и физики поняли, что классический мир, включая
Электромагнитная теория Максвелла возникает на фундаментальном квантово-механическом уровне. На этом уровне КМ мы говорим об орбиталях как о распределениях вероятностей обнаружения электрона (включая его заряд), а не о распределениях движения. Нет никакого смысла думать о качающемся маленьком бильярдном шаре, потому что это не то, о чем говорят нам решения уравнений КМ, и эти решения были приняты, потому что они соответствуют бесчисленным реальным (не мысленным) экспериментам. Вы должны думать от КМ и выше, а не от классической физики и вниз.
@annav Где эта классика в моих словах? Любос и Дрейк (и книги) сказали, что орбиты всегда стационарны, в то время как Википедия (и все известные модели атомов/молекул) говорит, что это просто приближение, если они действительно всегда стационарны в смысле КТП, то вопросов не будет, но как что?
@TMS только тот факт, что вы называете их «орбитами», показывает эту путаницу между классической и квантовой. Это НЕ орбиты, это орбитали. Модель Бора была очень и очень полезна, когда физики не понимали, как они могут с помощью гораздо более совершенных теорий моделировать квантовую природу, проявляющуюся в экспериментах. Теперь у нас есть эти более совершенные теоретические модели.
Электрон — это не классическая частица на орбите, а квантово-механическая «сущность», характеризующаяся распределением вероятностей, заданным квадратом соответствующей волновой функции, которая схематически показывает пространство, охватываемое как «орбиталь». Нельзя решить атом водорода с помощью квантовой теории поля, как не используют хирургический нож, чтобы резать картошку.
@annav О, я не знал, что в русском языке нет такого различия между орбитами и орбиталями. это просто приближение, это было моей точкой зрения на необходимость КТП и строгого доказательства.
@TMSорбитали — это новое слово в физике, которое стало необходимым из-за необходимого различия: вплоть до модели Бора можно говорить об орбитах и ​​стационарных орбитах, но по уравнению Шредингера говорят, что электроны находятся на орбиталях, именно для того, чтобы различать дуальность вероятностная волна/частица из наивной планетарной модели с маленьким бильярдным шаром, похожим на электроны, с ограничениями.
@annav поверь мне, я прекрасно знаю, что в атоме нет классических орбит, и ты пояснил, почему они орбитали, но проблема в другом месте..
Тогда я не понимаю, почему вы не принимаете простое объяснение сохранения энергии, данное кем-то выше. Чтобы излучать с орбитали, фотон должен отбирать энергию на квантованном шаге, а электрон должен упасть на более низкую орбиталь. Если ни одна нижняя орбиталь не пуста, закон сохранения энергии запрещает излучение.
@annav Я спрашивал о зависимости Гамильтона от времени, это была моя проблема, в любом случае теперь, после некоторых исследований, я обнаружил свой недостаток. В КТП мы можем сделать то же самое с разделением во времени, как показано выше Дрейком (рисунок Шредингера против Гейзенберга), таким образом стационарный орбиты существуют даже для зависящего от времени гамильтониана, как заявил выше Любош Мотл.

Следует посмотреть работы Г.А. Шотта 1930-х годов, например Г.А. Шотта, "Электромагнитное поле движущегося равномерно и жестко наэлектризованного шара и его безызлучательные орбиты", Фил. Маг. Том. 15, сер. 7 (1933), 752-761.

У него есть и другие статьи об ускоряющихся, но не излучающих орбитах и ​​последствиях для квантовой механики. Жаль, что его работа осталась незамеченной и, по-видимому, проигнорирована, поскольку она объяснила бы явления квантования, по крайней мере, атома водорода и, возможно, всей квантовой ЭМ.

Почему электроны не могут излучать на орбитах своих атомов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v