Gibt es eine klassische Erklärung dafür, warum das Elektron im Grundzustand eines Wasserstoffatoms nicht spiralförmig in das Proton übergeht? [geschlossen]

R. Feynman war von dieser Frage beunruhigt. Er behauptete, es gebe keine klassische Erklärung. Tatsächlich würde sich nach seiner klassischen Analyse das Elektron in ungefähr einer Nanosekunde in das Proton hineinwinden. Dieses Problem wird formal als "atomare Stabilität" bezeichnet, in diesem Fall "die atomare Stabilität des Wasserstoffatoms". 1911 schlug Planck seine zweite Quantifizierungstheorie vor, in der er das Konzept eines Energiemeeres einführte, das wir heute als Nullpunktstrahlung bezeichnen. nach einem holprigen Start. Es ist jetzt Mainstream-Forschung, die in QED verwendet wird, "Lamb-Shift", der "anomale g-Faktor des Elektrons" und " atomare Stabilität von Wasserstoff". Ich schlage vor, einen Blick auf den folgenden Link als Hintergrund zu werfen: https://en .wikipedia.org/wiki/Zero-point_energy

Ich bin verblüfft, dass Feynman darüber beunruhigt war. Haben Sie ein entsprechendes Angebot? Vielleicht sprach er rhetorisch und erklärte, dass wir , weil sich Atome nicht klassisch verhalten, eine Theorie (Quantenmechanik) entwickeln müssten, die uns ein besseres Modell für Atome liefert.
@PM2Ring, ich bin auch verwirrt. Die Behauptung, es gebe keine klassische Erklärung, ist eine Tatsachenfeststellung, aber keine Beunruhigung. Ich würde auch gerne ein Zitat sehen, aber das OP scheint nicht bereit zu sein, diese Aussagen zu stützen, und lässt Gespräche immer wieder löschen.
Wenn es hier um Feynmans Geisteszustand geht („beunruhigt“ oder nicht) oder um Feynmans hyperbolischen Stil, interessante und überraschende Ergebnisse zu beschreiben, dann ist die Frage für die Physik nicht zum Thema . Die Berechnung, dass ein klassisch umlaufendes Elektron in seinen Kern krachen würde, geht auf Feynman zurück: Das Axiom „gehen wir einfach davon aus, dass das nicht passiert“ ist grundlegend für das Bohr-Modell.
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Antworten (4)

Nein, es gibt keine klassische Erklärung für Atom/Materie-Stabilität. Die klassische Physik (eine Kombination aus Newtonscher Mechanik + Elektrodynamik - Larmor ) sagt den totalen Energieverlust des Elektrons in der Umlaufbahn durch Strahlung voraus, daher würde das von E. Rutherford 1911 vorgeschlagene "klassische Elementaratom" nicht existieren. Die Frage im Titel hat also eine sehr einfache, fast triviale Antwort.

Daher die Notwendigkeit der Quantenmechanik …

Wenn es eine klassische Erklärung für die Stabilität des Wasserstoffatoms gäbe, gäbe es keinen Grund für eine quantenmechanische Beschreibung. Die klassische Mechanik kann einfach keine Erklärungen für einige beobachtete Phänomene und theoretische Beschreibungen atomarer Systeme liefern.

Kurz gesagt sagt die klassische Elektrodynamik voraus, dass eine beschleunigende Ladung Strahlung aussendet. Die Energieerhaltung besagt, dass wenn Energie im Strahlungsfeld erscheint, die beschleunigende Ladung mechanische Energie verlieren muss. Zusammen mit anderen vernünftigen Annahmen gibt es keine andere Schlussfolgerung, als dass die Teilchenbahn kleiner wird und schließlich auf dem anderen Teilchen zusammenbricht.

Es gibt eine Menge Dinge, die man in Frage stellen kann, um zu versuchen, dies zu beheben. Beispielsweise bewegen sich sowohl das Elektron als auch das Proton als Stromschleifen um den Massenmittelpunkt. Könnten sie klassische Strahlung austauschen? Ich glaube nicht. Die Leute haben seit geraumer Zeit versucht, nach Problemen mit den frühen klassischen Beschreibungen von Atomen zu suchen, um zu sehen, ob das Hinzufügen von mehr Physik zu einem stabilen Zustand führen würde. Dies ist gescheitert. Ähnlich wie die Umlaufbahn von Merkur, die Newtons Bewegungsgesetz unter Verwendung seines Gravitationsmodells nicht folgt. Schließlich musste Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie entwickeln, um dies zu beschreiben.

Diese Unfähigkeit, das stabile Atom mit klassischer Physik zu beschreiben, und die Fähigkeit, dies mit QM zu tun, ist eine der größten Errungenschaften der QM.

Nur nebenbei würde ich argumentieren, dass die Präzession des Perehels von Quecksilber nicht der Grund war, warum die allgemeine Relativitätstheorie benötigt wurde (die Inkonsistenz der Newtonschen Gravitation und der speziellen Relativitätstheorie war hier der große Motivator), sondern die Anomalie in der Umlaufbahn von Quecksilber war eine nette Bestätigung, die 1916 verfügbar war, dass die allgemeine Relativitätstheorie richtig sein könnte.
@Jerrie Schirmer .... Ich liege immer falsch, aber wusste Newton, dass sich die Schwerkraft mit Lichtgeschwindigkeit bewegt und die Kraftlinien zwischen Sonne und Merkur daher gekrümmt sind?
@barry In der Newtonschen Physik breitet sich die Schwerkraft sofort aus, und wenn Sie versuchen, Umlaufbahnen mit der Schwerkraft zu berechnen, die sich bei c ausbreitet (wie in GR), passieren schlimme Dinge, wie Laplace entdeckte. Bitte beachten Sie physical.stackexchange.com/q/5456/123208 , insbesondere die Antworten von hawkeye & user154997, sowie verschiedene andere Fragen, die auf dieser Seite verlinkt sind.
@JerrySchirmer, obwohl Sie Recht haben, dass diese Anomalie nicht unbedingt GR erforderte, schlug jeder Versuch, sie unter Verwendung der Newtonschen Schwerkraft zu schätzen, fehl. Mein Punkt bei diesem Beispiel war, dass es selbst zu Newtons Zeiten keine rettende Newtonsche Gravitation gab.
Ich denke, der Kernpunkt ist, dass niemand eine so gut etablierte Theorie wie Newtons Gravitation über eine Anomalie von nur 73 Bogensekunden unerklärter Präzession pro Jahrhundert werfen würde, ohne eine Reihe anderer guter Gründe – ein kleiner systematischer Fehler von einigen Formular oder ein anderes würde ausreichen, um das zu beheben.
Das ist Ihre Meinung, aber Astronomen haben jahrhundertelang an dieser Anomalie gearbeitet und dabei die fortschrittlichsten Techniken entwickelt, und konnten keinen Grund dafür finden. Ich würde sagen, das ist ein Grund, (1) die Bewegungsgesetze, (2) das bestehende Gesetz der Schwerkraft, (3) die Natur unseres "Glaubens" an Bindung und Raum in Frage zu stellen. Nun, das war nicht Einsteins Weg. SR ist eine kovariante Bewegungstheorie, die der Lorenz-Symmetrie gehorcht. Schwerkraft nicht. Die einzige Möglichkeit, es mit dem Rest der Physik in Einklang zu bringen, bestand darin, ihm Kovarianz aufzuzwingen ... das Ergebnis ist GR.
@ggcg ... Die Physik hat sich immer durch neue Entdeckungen weiterentwickelt, die bestehende Paradigmen verdrängen oder ergänzen. Wenn die Physik in eine Zeitschleife gerät und/oder an „Paradigmenträgheit“ leidet, sind wir zum Stillstand verurteilt. Das erdzentrierte Universum/Sonnensystem von Ptolemäus überdauerte tausend Jahre. QED ist nicht kompatibel mit den neuesten Messungen des anomalen g-Faktors von Myonen. Physiker würden jedoch lieber „neue Physik“ vorschlagen, als QED in Frage zu stellen.

Es gibt aus vielen Gründen keine klassische Erklärung dafür, einer davon ist, dass in der klassischen Physik (und in der Chemie usw.) Wörter wie Elektronen, Atome usw. genau das sind: Wörter, Platzhalter, Platzhalter ...

In der klassischen Physik wird ein Elektron als der theoretisch kleinste Teil einer Ladung oder als „Korn“ einer Ladung oder als das Teilchen definiert, das elektrische Ströme, Ladungen usw.

Eine solche makroskopische Definition sagt nichts über das Verhalten eines einzelnen Elektrons aus.

Daher ist das populäre / klassische Bild des Elektrons als einer sehr kleinen kugelförmigen Elektrizitätskugel schlichtweg falsch. Deshalb führt es zu scheinbaren Paradoxien.

Damit liegen Sie richtig im Geld. Das Paradigma dessen, woraus Materie besteht, steht hier auf dem Spiel. Ihre Antwort ist eines der ersten Male, dass ich einen anderen Wissenschaftler dazu gesehen habe.
@ggcg .... Ich habe eine überzeugende Maxwellsche / Plancksche Erklärung der atomaren Stabilität gegeben, die in Tatsachen nicht kritisiert wurde. Viele meiner Kommentare und Antworten wurden entfernt, „schlechte Qualität“, „vom Thema abweichend“, verkleidetes Schimpfen“, „auf eine Geschichtsseite gehen“, „nicht Mainstream“ darf ich derzeit keine Fragen stellen?

Einer klassischen Erklärung am nächsten kommt eine Berechnung, die darauf hinweist, dass Elektronenorbitale in einem Wasserstoffatom resonanten 3D-Stehwellenmustern entsprechen, wobei das mit einem Elektron verbundene Wellenpaket durch das E-Feld des Kerns begrenzt wird. Obwohl einige der Muster an der Position des Kerns eine Amplitude ungleich Null aufweisen, ist die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung innerhalb dieses sehr kleinen Volumens ziemlich gering. Es gibt einige instabile Kerne, die die Fähigkeit haben, einen „K-Einfang“ durchzuführen.

@RW Bird ... Nullpunktstrahlung liefert die Energie, um das Elektron vom Proton fernzuhalten. Es gibt auch eine enorme (im Vergleich zur Coulomb-Kraft) Kernkraft mit kurzer Reichweite, die das Elektron daran hindert, in das Proton einzudringen. Das ist aktuelle Mainstream-Physik.
@RW Bird ... "K-Einfang ist für das Wasserstoffatom völlig irrelevant" Das spiralförmige Elektron kann nicht in das Energiemeer der Nullpunktenergie strahlen, Maxwell verbietet dies, es entspricht einem Dipol, der versucht, in einen geschlossenen Hohlraum zu strahlen , geht der Strahlungswiderstand gegen Null, die Eingangsimpedanz wird rein imaginär. Diese Technik kann verwendet werden, um die Übergangszeiten von Teilchen unbegrenzt zu verlängern, sogar die sogenannte Unsicherheit des Kernzerfalls kann mit dieser Technik verlängert werden. Ich verweise Sie auf den Wiki-Link im ursprünglichen Beitrag auf Nullpunkt.
Ich habe nicht gesagt, dass K-Einfang in Wasserstoff stattfindet. Ich habe nur darauf hingewiesen, dass in einigen Fällen Elektronen in den Kern gesaugt werden.
@RW Bird ... Kein Kommentar zum Wikipedia-Link zu: Nullpunktstrahlung, das ist die Frage?
Gibt es eine klassische Erklärung dafür, warum das Elektron im Grundzustand eines Wasserstoffatoms nicht spiralförmig in das Proton übergeht? [geschlossen]
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