Почему электроны не падают или не коллапсируют вокруг атома, когда объект быстро ускоряется?

В законах движения все имеет равную и противоположную реакцию, и это применимо ко всем материям в реальности.

Если земля вдруг перестанет двигаться хотя бы на одну секунду, то все на земле будет выброшено в космос. Но внезапное быстрое движение или внезапная остановка движения не приводят к тому, что электроны теряют контроль над ядром или атомом. Почему? (Например: резко затормозить в машине, двигаясь со скоростью 180 км/ч, создает огромную передачу импульса, и этот импульс не влияет на путь электрона автомобиля или человека, сидящего внутри автомобиля?) Это из-за силы притяжения между электроном и ядром?

ПРИМЕЧАНИЕ. Спасибо за редактирование, и я понимаю, что передача энергии импульса передается всей системе, а не только какой-то части, но все же импульс высок для электрона, когда скорость 180 км / ч внезапно останавливается. Все атомное поле получит массивное вибрации, вызванные импульсом, и при этом путь электрона не нарушается на атомном уровне? и это из-за притяжения между электронами и ядром?

Ускорение автомобиля редко может превышать 1 g, и в этот момент возникает вопрос: «Почему электроны просто не падают на землю под действием силы тяжести?»)
Я чувствую себя обязанным отметить, что, хотя вращение заставляет земную поверхность двигаться со впечатляющей скоростью 1000 миль в час (примерно), скорость убегания составляет 25 000 миль в час (примерно). Таким образом, вы подвергаетесь травмирующему воздействию, как только ваше тело касается чего-либо, считающегося частью земли (а не «на ней»). Но я не вижу, чтобы ты выходил на орбиту.
@candied_orange И если Земля перестанет вращаться, это уменьшит скорость вращения всего на ней. Центростремительная сила исходит из скорости вращения относительно инерциальной системы отсчета, а не от сопутствующей системы отсчета вращающегося объекта. Остановка Земли изменит скорость объектов относительно нее, но не повлияет на их скорость относительно инерциальной системы отсчета (пока трение не заставит их замедлиться).
@Acccumulation Если вы считаетесь «на этом» и не останавливаетесь волшебным образом, вы не замедляетесь до травматического удара с вещами, которые волшебным образом остановились. Теперь, если мы волшебным образом увеличим скорость вращения более чем в 25 раз, вы сможете улететь в космос без остановки. Почему? Потому что вращение создает эффект гравитации. Только в другом направлении.
Интересно: эквивалентен ли этот вопрос следующему: «Что происходит с электронами, когда я сильно ударяю молотком по куску стали, изменят ли они свою «орбиту»?»
Бор ответил на аналогичный вопрос в 1913 году (почему электроны не теряют кинетическую энергию, испускаемую в виде синхротронного излучения ).
@U.Windl Да, ваш вопрос также похож на мой вопрос.

Ответы (6)

Сначала, как говорили другие, вы передаете импульс автомобиля всей атомной системе, а не только какой-то ее части, например, электронам, ядру и т. д.

Во-вторых, электрон — это не то, с чем можно легко возиться. Если вы посмотрите на полуклассическую модель атома Бора, электрон движется с тангенциальной скоростью вокруг ядра, определяемой:

в "=" Z к е е 2 м е р .

Так, например, электрон в атоме водорода на уровне земли летит с поразительной скоростью. ≈ 2000 г.   км/с скорость. Это о 1 % со скоростью света! Если преобразовать в понятие центростремительного ускорения электрона, это дает около 10 21 г . Таким образом, электродинамическая система атома очень стабильна.

Тем не менее, вы можете вытолкнуть электрон из атома. Но для этого нужен какой-то другой подход, вроде рассеяния ядра водорода скоростными нейтронами в ускорителе частиц или просто «растягивания» атома водорода в постоянном электрическом поле, чтобы он преодолел энергию ионизации 13   эВ , или заставить атом водорода поглотить фотон такой энергии.

Но на самом деле электрон не движется с такой скоростью или с таким ускорением, верно? Иначе он излучал бы всю свою энергию...
@ Майкл, электрон что-то делает вокруг ядра атома, к которому он прикреплен, но, как вы говорите, он НЕ движется вокруг ядра по круговой орбите, иначе он будет излучать энергию.
@Michael По сути, то, что вы здесь определяете, - это ультрафиолетовая катастрофа , с которой классическая физика столкнулась задолго до этого. Решение есть - квантовая механика. Было замечено, что электрон излучает энергию квантами Е "=" час ν . Поскольку электрон находится в самом низком энергетическом состоянии н 1 уровень земли, - он не может перейти в еще более низкое состояние (нет такого состояния) и, таким образом, электрон не может излучать даже немного. Например, в водороде больше всего может излучать электрон из серии Лаймана , прыгая н ≥ 2 → н 1
@ Майкл, расчет может занять слишком много времени в обход классической механики, чтобы быть убедительным, но аббревиатура для получения того же результата - вставить закон силы Кулона в закон Ньютона. Ф "=" м а , что дает ускорение ≈ 10 22 м / с 2 "=" 10 21 г для электрона на радиусе атома водорода. Я думаю, что хороший способ придать этому интуитивное значение состоит в том, что силы внутри атома настолько больше, чем силы в движениях, которые мы испытываем каждый день, что мы можем думать о химии (атомных силах) как о чем-то отдельном от механики (повседневные силы).
@AgniusVasiliauskas «В более низком состоянии электроны не могут немного излучать», если в более низком состоянии нет энергии, то как бы они двигались с такой скоростью (2000 км / с)? Может быть, это из-за силы притяжения вокруг ядра, но тем не менее оно получило кинетическую энергию на такой скорости, мы не можем сказать, что оно не может излучать энергию в более низком состоянии.
Вы меня не понимаете. Тот факт, что у электрона есть энергия, ничего не говорит о том, может он ее излучать или нет. Это не может в самом низком основном состоянии. Наилучшей аналогией было бы то, что пока вы едете на автомобиле или велосипеде так быстро, как только можете вокруг Земли, вы все равно не можете упасть ближе к центру Земли, даже если ваша потенциальная энергия не равна нулю относительно центра ( и кинетическая энергия тоже),- потому что вы находитесь на земле . Точно так же электрон, находящийся на основном уровне, на 100% стабилен и больше не может уменьшать свою энергию.

Законы движения, которые вы цитируете, являются классическими законами ньютоновской механики. Они не действуют как таковые на квантовом уровне, они возникают для энергий и расстояний, где применяется классическая механика.

В вашем конкретном примере сущностью является атом, квантово-механическое связанное состояние. С точки зрения классической кинематики электроны не отделены от ядра. Ускоряется весь атом, а не отдельные его компоненты.

«Ускоряется весь атом, а не его отдельные компоненты». – Но если я ткну пальцем в атом гелия, мой палец не приложит равномерную силу ко всему атому гелия. Я вполне могу ошибаться, но думаю, что происходит то, что внешние электроны моего пальца отталкивают электроны атома гелия, но притягивают его протоны. В целом отталкивание сильнее, поэтому, хотя протоны притягиваются к моему пальцу, электроны удаляются от моего пальца и уносят с собой протоны.
@TannerSwett Вы ошибаетесь. Атом гелия представляет собой единое целое, если только фотон не ударит его разницей энергетических уровней и не вытолкнет электрон. Одна волновая функция описывает атом гелия. Если он взаимодействует, то он взаимодействует как единое целое.
@TannerSwett Если в ядро ​​попадает нейтрон достаточной энергии, атом должен изменить состояние. Атом всего лишь «целое», то есть не меняет состояния, если вокруг недостаточно энергии.
Деформируется ли волновая функция при взаимодействии?
@CarlBerger Волновая функция «создается» (квантово-механическое решение, описывающее взаимодействие) в момент dt, когда происходит квантово-механическое взаимодействие, и остается неизменной до тех пор, пока не произойдет второе взаимодействие, которое с его новыми граничными условиями требует нового формата (знаменитый коллапс). Если под взаимодействием вы подразумеваете то, что дает ускорение, то это взаимодействие должно быть в граничных условиях и формулах КМ. Просто атом взаимодействует как единое целое, а не отдельные компоненты.
Но Анна, хорошо известно, что атом разобьется, если по нему достаточно сильно ударить. Другими словами, если вы достаточно сильно ускорите атом, например, быстро подняв другой атом и заставив их столкнуться, тогда электроны оторвутся, как и предполагает вопрошающий.
@AndrewSteane «упасть или схлопнуться» противоречит квантовой природе взаимодействия либо с ускоряющим полем, либо с квантовым рассеянием, извлекающим электрон с учетом соответствующей энергии для ионизации.
«Электроны не отделены от ядра». Электроны более рассредоточены с большим энергетическим уровнем и имеют смысл в вашем ответе, но когда они более рассредоточены от ядра или ближе к ядру, что удерживает их вместе от разрыва на части массивные вибрации, вызванные импульсом?
@Titanium То, что вибрации, которые вы себе представляете, являются классическими, тогда как для воздействия на квантово-механическое связанное состояние необходима определенная энергия, квантованная, от квантовых взаимодействий, либо для повышения уровня энергии атома, либо для выброса электрона и ионизации атома.
@annav Хорошо, Анна, но куда уходит эта импульсная энергия? почему это не влияет на атомы? это потому, что электромагнитная сила между электронами намного сильнее, а внешняя сила из классического измерения пренебрежимо мала для квантовых измерений? только приливная сила от задней дыры или столкновение с другой частицей показывает результат из-за сильной электромагнитной силы?
@Titanium, импульс и энергия поглощаются всем атомом. Я продолжаю повторять, потому что на уровне атомов связи являются квантово-механическими. См. волновую функцию водорода, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/hydwf.html , которая приводит к вероятности обнаружения электрона в точке (r, theta, phi) при измерении или взаимодействии. см. мой ответ здесь о необходимости квантовой механики physics.stackexchange.com/questions/421919/…
@Titanium Всем нам любопытна природа QM, но мы продолжаем задавать вопросы, не изучая. Лучше начните изучать шаг за шагом, и тогда вы сможете найти свой собственный ответ. Наша главная проблема в том, что «нам интересно знать и продолжать задавать вопросы, а не учиться».
@BillyIstiak Я инженер по машинному обучению, но меня глубоко интересует космическая наука наряду с физикой элементарных частиц, так что да, я учусь, и я задал этот вопрос, потому что я придерживался старых теорий Бора, думая, что электроны вращаются вокруг ядро как солнечная система, вот где я получил столько путаницы.

Ускорение порядка г ≈ 10 РС 2 совершенно ничтожно по сравнению с ускорением электрона в атоме.

Лучший ответ, учитывая, но было бы здорово увидеть стек или график, намекающий на поток сил. В конце концов, замедление может их сломать.
Предположим, что воображаемый дрон движется внутри земли со скоростью 60 км/сек, и вдруг, если земля остановится на 1 секунду, дрон ничего не испытает и не отклонится? просто потому, что он движется со скоростью, превышающей скорость земли, как беспилотник может избежать импульса, вызванного землей, когда земля останавливается?
Предположим, что дрон — это электрон и земля как макроматерия, которая передает вибрации импульса дрону.
Это то, что мы всегда говорим новичкам. В электродинамике мы в основном игнорируем влияние гравитационной силы, поскольку гравитационной силой можно пренебречь, чем другими силами (магнитной силой и электрической силой).

У @annav есть хороший ответ, я хотел бы привести пример, когда определенный тип ускорения теоретически может разорвать атом. Как вы можете видеть из других ответов, атом обычно (с точки зрения ускорения) рассматривается как целостная квантово-механическая сущность и ускоряется в целом (как в вашем примере).

Теперь вот улов. Ответ зависит от типа (и формы) ускорения, то есть от того, предполагаете ли вы в своем примере один и тот же уровень ускорения для всего атома как сущности. При этом сильные и электромагнитные силы, удерживающие атом вместе, действительно «сильны».

Да, все, что выше элементарных частиц, теоретически должно быть разорвано на части.

Спагетификация в атомном масштабе?

Но не бесконечно сильным. Теоретически предполагается, что внутри черной дыры приливные силы могут быть сильнее, чем силы, связывающие атом, и теоретически атом может быть разорван на части приливными эффектами гравитации. Почему? Потому что ускорение меняется так быстро, что разные «части» атома могут подвергаться разным уровням ускорения, и это, если разница достигает определенного уровня, может преодолевать силы связи, что приводит к разрыву атома.

Значит, атомная связь настолько сильна, а передача импульса энергии в повседневной жизни не имеет значения для атомного мира? только приливная сила черных дыр и ускорителей частиц может нарушить пути электронов? верно? если это так, то ясно, что связи между электроном и ядром безумны.
@Titanium прав, и это безумие, сильная сила, которая удерживает кварки (в протоны), еще сильнее.

Но внезапное быстрое движение или внезапная остановка движения не приводят к тому, что электроны теряют контроль над ядром или атомом.

Внезапная остановка движения — это не то, что происходит в природе, но в целом то, что вы описываете, — это событие столкновения. В зависимости от задействованной энергии такие столкновения действительно могут выбрасывать электроны из атомов. Например, при очень высоких температурах тепловые столкновения могут создавать плазму ионов и свободных электронов.

В случае столкновения, которое вы описываете со скоростями в диапазоне 180 км/ч, энергия слишком мала для выброса электронов и ионизации вещества. Для этого вам придется увеличить скорость до десятков км/с. Представьте метеорит, врезавшийся в атмосферу или землю. В описываемом вами случае кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию и часть тепловой энергии преобразуется в электромагнитное излучение (в основном в инфракрасном спектре)

Как отмечали выше другие, представление о том, что электроны — это маленькие частицы, вращающиеся вокруг атомного ядра по жестким орбитам, подобно планетам вокруг звезды, полностью устарело. Бор и Ридберг представили его более ста лет назад. Тогда было ясно, что это не может быть совершенно правильным, поскольку электроны должны излучать энергию, вращаясь вокруг ядра. Мы знаем, что все заряженные частицы при ускорении излучают энергию.

Наше текущее понимание состоит в том, что электроны, связанные с атомом, существуют в устойчивых состояниях, каждое из которых описывается квантово-механической волновой функцией. Каждое состояние электрона имеет определенную энергию связи. Однако на эти состояния могут влиять внешние поля и тепловые столкновения, создающие неоднородное зависящее от времени распределение заряда, излучающее электромагнитную энергию. Пока вы читаете это, ваше тело излучает электромагнитную энергию со средней мощностью 100 Вт .

Хорошее объяснение. На самом деле мое мышление было ошибочным из-за того, что я цеплялся за старые теории Бора и Ридберга.

Некоторые ответы подразумевают, что ответ лежит в квантовых эффектах электрона, но есть довольно интуитивный ответ, если вы думаете о системе как о классической — и я подозреваю, что квантовый ответ — это лишь небольшая модификация этого.

Если бы вы могли потянуть за нить ядро ​​атома, то была бы определенная скорость, при которой, если бы вы потянули слишком сильно, электрон остался бы позади.

Сравните с вашим примером: внезапно остановившаяся машина заставит человека влететь в лобовое стекло. Но машина, которая не останавливается так внезапно, не вызовет у человека никаких проблем. Это связано с тем, что трение между человеком и автомобилем удерживает их в равновесии, несмотря на дополнительную силу инерции.

Другой пример: если бы Солнце двигалось достаточно медленно, планеты все равно следовали бы за ним по орбите. Но если бы солнце оторвалось слишком быстро, многие или все планеты могли бы остаться позади.

Я не говорил о человеке, летящем к лобовому стеклу, я спрашивал, что происходит с квантовыми размерами электронов. смещается ли электрон со своего места? но в любом случае, Анна ответила ей лучше всего, и это далеко не так хорошо.
Хорошо, но вы понимаете, что происходит в классическом случае, верно? Вы должны подумать о том, что происходит с Луной, если Земля движется медленно. Если вы думаете об электроне, вращающемся вокруг ядра, вы получите ту же интуицию.
Другая необходимая часть головоломки для этой классической интуиции заключается в том, насколько быстро электроны уже движутся, и, следовательно, какой порядок величины ускорения будет иметь отношение к ним на их «орбитах». Ответ Агниуса Василяускаса включает эти полуклассические числа.
Почему электроны не падают или не коллапсируют вокруг атома, когда объект быстро ускоряется?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v