Warum Atom hat die geraden diskreten Energieniveaus? [Duplikat]

Um es für Sie zu vereinfachen: Eine große Anzahl von Elektronen, die beispielsweise die Oberflächen zweier Kugeln bevölkern, werden genau so Kräfte aufeinander ausüben, wie Sie es beschreiben.

Das Bild beginnt sich zu ändern, wenn wir uns stattdessen auf das Verhalten eines einzelnen Elektrons konzentrieren, und es ändert sich vollständig, wenn wir dieses einzelne Elektron auf ein sehr kleines Raumvolumen beschränken – wie zum Beispiel, wenn es in der Nähe des Kerns eines Atoms kreist, unter dem anziehenden Einfluss der Protonen in diesem Kern.

Dann entdecken wir, dass das Elektron, wenn es auf diese Weise eingesperrt ist, kein gewünschtes Energieniveau haben kann, sondern gezwungen ist, Energien zu besitzen, die diskontinuierlich und diskret sind – und die wir als sogenannte „Linie“ beobachten und messen können Spektrum" dieses Atoms.

Die Quantenmechanik wurde erfunden, um zu erklären, warum diese Energieniveaus diskret waren, und um eine Menge anderer Dinge zu erklären, die Physiker entdeckt hatten, aber nicht mit den Werkzeugen erklären konnten, die für große Objekte, die aus Billionen von Atomen bestehen, gut funktionierten.

Die Coulomb-Kraft ist nicht nur "glatt" je nach Entfernung: Sie sieht nicht wie eine Sinusform aus, ich meine, es gibt keine stark ausgeprägten Werte." In einem realen Experiment mit zwei makroskopischen Ladungen unter einem anziehenden Potential gibt es eine Beschleunigung und ein kontinuierliches Strahlungsspektrum, wobei sich die beiden Ladungen mit großen Funken gegenseitig neutralisieren.

Auf der mikroskopischen Ebene, die der Planck-Konstante h entspricht, beobachtet man, anstatt dass das Elektron mit einem kontinuierlichen Strahlungsspektrum auf das Proton fällt und es neutralisiert, diskrete Spektren, die durch die Maxwell-Gleichungen nicht vorhersagbar sind.

Das klassische mathematische Modell musste modifiziert werden, zuerst mit dem Bohr-Atom, das stabile Umlaufbahnen postulierte, immer noch klassisch denkend, und dann mit den Lösungen der Schrödinger-Gleichung, die sich zur Theorie der Quantenmechanik, Postulate und allem, entwickelten.

Der mit der Quantenmechanik eingeführte Unterschied besteht darin, dass es um Wahrscheinlichkeiten geht, dh Orbitale und nicht um Orbits. Es ist eine prädiktive Theorie, die Wahrscheinlichkeiten für das Auffinden eines Systems in einem bestimmten Zustand bestimmt. Diese Wahrscheinlichkeiten haben eine Wellennatur, die sich im Einzelteilchen-zu-Zeit- Doppelspaltexperiment manifestiert , und was die Spektren betrifft, geben die Wellenfunktionen die Wahrscheinlichkeiten dafür an Übergang von einer Spektrallinie zur anderen.

Es ist eine Beobachtungstatsache, dass es diskrete Energieniveaus gibt, und die Quantenmechanik modelliert sie erfolgreich und sagt unzählige andere mögliche Beobachtungen korrekt voraus. Ähnlich wie bei einem fallenden Apfel: Es handelt sich um eine durch Newtons Gravitationsgesetze modellierte Beobachtungstatsache, die alle neuen Möglichkeiten gravitativer Wechselwirkungen in ihrem Gültigkeitsbereich erfolgreich vorhersagt.