Warum „fallen“ Elektronen in einem Atom in den Grundzustand zurück?

Warum „fällt“ das Elektron eines Atoms nach der Absorption eines Photons in seinen Grundzustand zurück (was dazu führt, dass es sofort seine absorbierte Energie verliert)?

Die Antwort von @Davidmh gibt unsere Beobachtungen aus der klassischen Physik wieder, wo wir die Größen "Energie", "Potenzial" usw. formuliert haben. Wir haben beobachtet, dass dies so war, ein Apfel fällt, und brillante Mathematik hat diese Beobachtungen in Gleichungen organisiert, die vorhersagen können, was wird passieren. Die wirkliche Antwort auf ein „Warum“ in der Physik ist also „weil wir beobachtet haben, dass es so ist“. Die Physik antwortet dann, „wie“ dies geschieht, indem sie sich auf die mathematischen Modelle bezieht, die konstruiert wurden, um zu beschreiben, wie.

Nun sind Elektronen und Photonen keine klassischen Teilchen, sie sind quantenmechanische Einheiten, die mit verschiedenen Modellen der Natur in einem anderen Rahmen arbeiten. Dennoch gibt es Kontinuität in der Physik, und das Konzept von Energie und potentieller Energie wurde beibehalten, und an der Grenze taucht die klassische aus der Quantenmechanik, der darunter liegenden Schicht, auf.

Die Antwort auf das „Warum“ auf der Elektron-Atom-Photonen-Ebene lautet also wirklich „weil wir das beobachtet haben“. ABER wir haben ein sehr gutes mathematisches Modell, um zu erklären, „wie“ dies geschieht, das auch zukünftiges Verhalten vorhersagt. Dies ist wie folgt:

Ein Photon, das auf ein Atom trifft, hat eine Wahrscheinlichkeit, mit ihm zu interagieren, absorbiert zu werden und das Atom auf ein höheres Energieniveau zu heben. Diese Wahrscheinlichkeit kann mit den Werkzeugen der Quantenmechanik berechnet werden, die auch vorhersagen, dass, sobald sich das Elektron auf einem höheren Energieniveau befindet, eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass es auf die Grundebene zurückfällt und ein Photon mit der entsprechenden Energie emittiert. Man kann es sich auch mit dem Heisenbergschen Unschärfeprinzip vorstellen. Das höhere Energieniveau hat eine Breite, Delta (E), was bedeutet, dass es eine Lebensdauer von Delta (t) hat, es ist instabil.

Unsere Modelle sind sehr gut und erfolgreich, und wir neigen dazu zu glauben, dass sie das „Warum“ beantworten. Zum Beispiel werden wir in diesem Fall sagen "weil das Energieniveau eine Breite hat und von der HUP abfallen muss", aber in Wahrheit beantworten wir nur "wie" innerhalb unseres Modells dies geschieht.

Das ist eine allgemeine Eigenschaft unseres Universums: Dinge tendieren zum Zustand minimaler Energie und maximaler Entropie.

• Ein Ball auf einer Rutsche wird nach unten gehen, weil er dort weniger potenzielle Energie hat.

• Ladungen ziehen sich an oder stoßen sich gegenseitig ab und suchen nach der minimalen Energiekonfiguration.

• Ein gedehntes Gummiband neigt dazu, seine ursprüngliche Form wiederzuerlangen, weil ... Sie das Muster haben.

Wenn Sie wollen, lautet die Antwort Thermodynamik.

Dies liegt daran, dass ein Elektron normalerweise NUR in bestimmten Energiezuständen in einem bestimmten Atom bleiben kann, dies liegt an den quantenmechanischen Kräften wie der starken Kraft und den Heisenberg-Unschärfeprinzipien.

Lassen Sie mich weiter erklären, wenn sich ein Elektron einem Atom nähert, beginnen die elektrostatischen und anderen quantenmechanischen Kräfte zwischen dem Elektron, es zu ziehen, und wenn das Elektron näher kommt, ist das Elektron wesentlich eingeschränkter, und da die Heisenbergsche Unschärferelation regelt, muss das Elektronenmoment werden ungewiss, so dass das Elektron infolgedessen nicht hineinfallen wird, weil sein Impuls ungewiss ist, sodass es nur einen wahrscheinlichen Raum um das Atom einnehmen wird,was wir ein Orbital\Energieniveau nennen, und daher gibt es nur bestimmte stabile Energieniveaus, die ein Elektron einnehmen kann. Wenn Sie also beispielsweise ein Elektron mit dem Photon treffen, kann das Elektron für kurze Zeit mehr Schwung bekommen und aus dem stabilen Orbital entkommen\ stabiles Energieniveau für kurze Zeit, da das neue Orbital-/Energieniveau jedoch sehr instabil ist, da die elektrostatische Kraft und andere quantenmechanische Effekte es zurückziehen könnten, so dass es in das Atom zurückfällt und aufgrund der Energieerhaltung das Elektron ein Photon emittiert, und wenn es wieder die stabile Konfiguration erreicht, wo die Heisenbergsche Unschärferelation und die Quantenkräfte wieder ein Gleichgewicht erreichen.und wenn es wieder die stabile Konfiguration erreicht, wo die Heisenbergsche Unschärferelation und die Quantenkräfte wieder ein Gleichgewicht erreichen.und wenn es wieder die stabile Konfiguration erreicht, wo die Heisenbergsche Unschärferelation und die Quantenkräfte wieder ein Gleichgewicht erreichen.

Deshalb hat jedes Atom ein bestimmtes Lichtspektrum, das es auch abstrahlt, weil das Elektron auf ein bestimmtes Energieniveau zurückfällt. Das ist auch ein Grund, warum Lichtschranke funktioniert!