Как могут быть ориентированы орбитали, если ядро ​​симметрично? [дубликат]

Я очень мало знаю о квантовой физике, но я просто не могу уложить в голове тот факт, что несферические орбитали кажутся «ориентированными», составляющими набор фиксированных «осей системы отсчета».

Это действительно так работает? Существуют ли для отдельного атома заданные направления, в которых «выступают» орбитали? И если да, то на чем они основаны? Если я правильно понимаю, ядро ​​кажется сферическим — симметричным без уникальной оси симметрии. Что тогда будет определять ориентацию орбиталей в пространстве (по отношению к окружающей среде)?

Редактировать: я понимаю, что любая ориентация работает для удовлетворения волнового уравнения. Меня больше интересовало, почему атом выбирает одно направление, а не любое другое. Это принципиально случайно? И сохраняется ли эта установка дальше, или она может измениться в любой момент?

Почему Земля вращается в плоскости, когда гравитационное поле Солнца сферически симметрично?
Спасибо за ссылку, просматривая ответы, я считаю, что часть моего вопроса решена - любая «ориентация» осей будет решением волнового уравнения. Но в основном я не был уверен, почему при наблюдении атом выбирает одно направление, а не любое другое. Это принципиально случайно? И сохраняется ли эта установка дальше, или она может измениться в любой момент?
Что ж, настоящий ответ на этот вопрос заключается в том, что то, чему вас учили о «коллапсе волновой функции», является карикатурой и не очень полезно. Я обычно рекомендую эту лекцию с Сидни Коулманом. Но вкратце: нужно относиться и к системе измерения как к квантовой системе и понимать, что она должна взаимодействовать с атомом, и это взаимодействие означает, что их состояния будут запутаны . Предположим, что начальное состояние что-то вроде | ψ ⟩ | 0 ⟩ где это означает, что атом находится в состоянии | ψ ⟩ и ваш детектор
показывает пустой дисплей. Позволять | ψ ⟩ "=" ∑ к с к | л "=" к ⟩ где каждый | л "=" к ⟩ является некоторой орбиталью. Эволюция во времени и взаимодействие в идеале приведут состояние к чему-то вроде
∑ к с к | ψ ′ ⟩ к | г "=" к ⟩
означает, что у вас есть вероятность | с к | 2 наблюдать к на детекторе ( | ψ ′ ⟩ к не обязательно | л "=" к ⟩ потому что измерение может быть разрушительным). Поскольку квантовая механика линейна, каждый компонент развивается отдельно, и вы могли бы выбрать в качестве основы другие орбитали. (Надеюсь, запись понятна.)

Ответы (1)

Это довольно сложная концепция, и я вижу, как физики-исследователи сталкивались с (аналогами) этой проблемы с несколько тревожной частотой. Когда ты говоришь

ядро кажется сферическим

на самом деле это означает, что электроны взаимодействуют со сферическим объектом (по сути, с точечным кулоновским зарядом в центре ядра), и поэтому их динамика должна быть инвариантной при любом вращении вокруг этой точки. Однако:

  • Это не означает, что все решения этой динамики должны быть сферически-симметричными.
  • Это означает , что для каждого несимметричного решения С 1 той динамики, которая указывает в каком-то направлении н ^ 1 и любое другое направление н ^ 2 , должно существовать отдельное, одинаково верное, но отличное решение С 2 который указывает вдоль н ^ 2 .

Таким образом, вполне возможно, что атом может находиться в анизотропном состоянии, подобно, скажем, 2 п г состояние водорода. Единственное, чего требует симметрия, это наличие аналогичных 2 п н ^ состояния вдоль любой заданной оси н ^ как возможности, что, очевидно, верно.

Это, конечно, еще не дает ответа на вопрос, каким образом данный атом в 2 п state укажет, но ответ на это просто в том, что это зависит от ситуации, и вам нужно указать больше информации, чтобы сказать что-нибудь полезное.

Если все, что вы знаете, это то, что данный атом находится в 2 п состоянии, но у вас нет больше информации, то все, что вы можете сказать, это то, что электрон находится в смешанном состоянии всех возможных ориентаций, которое является изотропным и может быть записано как

р ^ 2 п ,  изотропный "=" ∑ Дж "=" Икс , у , г | 2 п Дж ⟩ ⟨ 2 п Дж | "=" 1 4 π ∫ | 2 п н ^ ⟩ ⟨ 2 п н ^ | г Ом н ^ .
Это означает, что электрон не находится в чистом состоянии, и поэтому вы не можете присвоить ему волновую функцию, что является стандартной платой за проезд, когда вы не указали достаточно информации, чтобы точно определить одно состояние.

Однако на практике при работе с 2 п состояний или других анизотропных орбиталей, вы обычно готовите их самостоятельно, например, стимулируя переход вверх от 1 с состояния с линейно поляризованным лазером или каким-либо другим методом анизотропной накачки. В этих случаях ориентация будет зафиксирована насосным механизмом, т.е. симметрия будет нарушена вашим аппаратом подготовки, который выбирает одну из многих возможных ориентаций для состояния.

Как могут быть ориентированы орбитали, если ядро ​​симметрично? [дубликат]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v