Возможный дубликат:
почему электроны занимают пространство вокруг ядер, а не сталкиваются с ними?
Почему электроны не врезаются в ядра, вокруг которых они «вращаются»?
Из того, что я узнал из химии, протоны в ядре притягивают электроны и толкают друг друга посредством электромагнитных сил, но удерживаются на месте сильными ядерными силами в его глюонах. Однако мало что было сказано о том, что удерживает электроны на орбитах. Я всегда просто предполагал, что другие электроны препятствуют тому, чтобы электрон стал частью ядра. В форме водорода, который имеет только один электрон, что мешает этому электрону полностью втянуться в ядро?
Это действительно проблема, но не по той причине, по которой вы думаете.
Если бы электрон подчинялся классической механике и подвергался бы только электростатическому притяжению к ядру, он бы никогда не попал в ядро, несмотря на то, что постоянно притягивался бы к нему. Это в точности аналогично тому, почему Земля не падает на Солнце: у нее слишком большой угловой момент, поэтому к тому времени, когда Солнце заставило ее значительно «упасть», она уже находится на другой части своей орбиты. Таким образом, Земля (как и будущий электрон) продолжает «падать» по кругу вокруг Солнца.
Электроны, увы, испытывают не только электростатические силы, но должны подчиняться полной электромагнитной теории Максвелла, согласно которой ускоряющие заряды (подобно вращающимся электронам) должны излучать свою энергию в виде электромагнитных волн. Эта энергия забирается из орбитального движения, которое бы неуклонно коллапсировало в ядро. Да еще и за долю секунды.
Это было загадкой в течение очень долгого времени, и это был явный недостаток планетарной модели атома, когда она была впервые предложена Резерфордом и Мозли. Вы можете вылечить его, только превратив электрон в квантово-механического зверя, странный гибрид между частицей и волной.
По сути, электрон не может упасть на ядро, потому что его положение, как и любой волны, нельзя жестко ограничить, не придав ему очень маленькую длину волны (а это придало бы ему большой импульс, позволяющий ему вырваться из ядра). Электронные волны, как и все волны, любят распространяться, и они также могут интерферировать друг с другом, создавая сложные интерференционные картины вокруг ядра. Тогда это был огромный триумф теоретической физики, когда Шредингер предложил уравнение, описывающее способ, которым эти электронные волны могут конструктивно складываться, создавая структуры стоячих волн, энергия которых точно соответствовала энергиям планетарной модели Бора и, следовательно, экспериментальным фактам. Эти стоячие волны являются единственными стабильными состояниями электронных волн в атоме, поэтому он не коллапсирует.
Qмеханик
Ричард