Wie bewegen sich Elektronen von einem Energieniveau zum anderen?

EDIT 1: Viele Leute empfehlen die Frage Machen Elektronen wirklich sofortige Quantensprünge? ist meiner sehr ähnlich. Diese Frage ist jedoch sehr spezifisch für Quantensprünge. Ich frage auch nach einer möglichen Beziehung zu QFT und dem All-Fields-Modell.

Nachdem ich gelernt habe, dass sich Elektronen von einem Energieniveau zum anderen bewegen können, indem sie Energie übertragen oder aufnehmen, interessiert mich, wie genau sie von einem Niveau zum anderen "springen". Bewegen sich die Elektronen als Teilchen oder als Welle durch Energieniveaus? Denn wenn sie sich als Teilchen bewegen, muss der Abstand und Raum zwischen den Elektronenhüllen überbrückt werden, also bewegen sich Elektronen als ganzes Teilchen durch die Orbitale? Oder bewegen sie sich wie eine Welle, weil Elektronen einen Welle-Teilchen-Dualismus aufweisen? Ist der "Sprung" von einem Energieniveau zum anderen sofort oder gibt es eine Übertragungsverzögerung? Denn nach dem, was ich gelesen habe, scheint eine sofortige Übertragung nicht bewiesen worden zu sein, während eine verzögerte Übertragung durch die Theorie der direkten Wirkung auf Distanz durch Experimente bewiesen wurde. Auch, In einer quantenmechanischen Erklärung der Elektronenübertragung habe ich gelernt, dass das Elektron im ursprünglichen Orbital zerstört und dann in einem anderen Orbital neu erstellt wird, und das Ergebnis auch ein Photon freisetzt. Ich dachte, dass Materie weder erschaffen noch zerstört werden kann.

Könnte es außerdem möglich sein, dass die Verwendung des Feldmodells die Angelegenheit möglicherweise vereinfacht? Wenn das Feldmodell verwendet wird, wäre es richtig anzunehmen, dass das Elektronenfeld Teil der Hüllen / Energieniveaus ist, in denen sich die Elektronen befinden, da Elektronen nur Schwingungen des Elektronenfelds sind und sie müssen "erzeugt" werden Kommst du von einem Feld? Wenn wir davon ausgehen, dass das Elektronenfeld vorhanden ist, können wir nicht sagen, dass, da das Feld den Raum einnehmen kann, in dem sich die unterschiedlichen Energieniveaus befinden, die Energie eines Elektrons in einem Energieniveau vom Feld absorbiert werden kann und dann durch die Nutzung des Feldes auf eine andere Energieebene "bewegt"/übertragen? Und dies würde durch die Energie erfolgen, die von einem Teil des Feldes, der sich auf einem bestimmten Energieniveau befindet, zu einem anderen wandert,

Bitte lassen Sie mich wissen, wenn meine Logik oder mein Verständnis des Themas fehlerhaft ist. Ich bin sehr daran interessiert, die Meinung aller zu erfahren.

Hat dir die von Nihar verlinkte Frage geholfen? Die Top-Antwort dort ist ausgezeichnet, IMHO.
Es war ziemlich hilfreich, um den theoretischen Teil zu verstehen. Die einzige Schwierigkeit bestand darin, die mathematischen Konzepte zu verstehen, aber das liegt nicht am Autor der Antwort, sondern an meinem Mangel an Erfahrung und Wissen in Mathematik auf höherer Ebene. Gibt es eine Möglichkeit, die Mathematik zu vereinfachen?
Ich vermute, du meinst diese Gleichung:
| ψ ( T ) ⟩ = C 1 ( T ) | 2 P ⟩ + C 2 ( T ) | 1 S ⟩
Es gibt Ihnen die Wahrscheinlichkeit an, das Elektron in einem der beiden zu entdecken 2 P Staat oder der 1 S Zustand jederzeit T . Die Funktionen C 1 ( T ) Und C 2 ( T ) zwischen 0 und 1 variieren und sich zu 1 addieren. Also wenn C 1 ( T ) = 0,1 Es besteht eine Wahrscheinlichkeit von 0,1, das Elektron darin zu entdecken 2 P Zustand und 0,9 Wahrscheinlichkeit, es in der zu erkennen 1 S Zustand.
Vielen Dank. Das beseitigt meine Zweifel und hilft mir, den Rest des Puzzles zu verstehen, den ich vermisst habe.

Antworten (2)

Es gibt Missverständnisse in Ihrer Lernerfahrung (Sie geben Ihren physikalischen Hintergrund nicht an).

Nachdem wir also gelernt haben, dass Elektronen sich von einem Energieniveau zum anderen bewegen können, indem sie Energie übertragen oder aufnehmen,

Es sind nicht die Elektronen, die sich im klassischen Sinne bewegen. Es ist das ganze Atom, das quantenmechanische Lösungen mit Energieniveaus und Orbitalen für das Elektron hat. Das Atom absorbiert ein Photon mit einer Energie zwischen zwei Energieniveaus und das Elektron geht in das Orbital mit höherer Energie. Orbitale sind keine Umlaufbahnen. Sie sind Wahrscheinlichkeitsorte, wo in (x,y,z) das gegebene Elektron sein würde, wenn es gemessen würde. Siehe diese Berechnung der Orbitale, die dem Elektron des Wasserstoffatoms zur Verfügung stehen.

Was die benötigte Zeit betrifft, so haben die Energieniveaus eine Breite, und das entspricht einer Lebensdauer, also gibt es nichts Augenblickliches.

Das Elektron wird im ursprünglichen Orbital zerstört und dann in einem anderen Orbital neu erstellt, und das Ergebnis setzt auch ein Photon frei. Ich dachte, dass Materie weder erschaffen noch zerstört werden kann.

Dies ist eine verworrene Verwendung der Quantenfeldtheorie, die für Atomspektrenberechnungen nicht sehr nützlich ist. QFT beschreibt gut hochenergetische Streuungen, nicht die gebundenen Zustände von Atomen und Molekülen.

Auf der Ebene der Quantenmechanik und der speziellen Relativitätstheorie ist Materie nichts Heiliges. Masse ist keine Erhaltungsgröße, sondern die Vier-Vektor-Algebra , die die Entstehung und Vernichtung von Teilchen beschreibt. Wenn in einer Wechselwirkung genug Energie vorhanden ist, um ein Teilchen-Antiteilchen-Paar zu erzeugen, gibt die Quantenmechanik eine Wahrscheinlichkeit dafür an.

Was den letzten Absatz betrifft, so ist die Quantenfeldtheorie für gebundene Zustände wie Atome und Moleküle nicht sehr nützlich, da ihre Berechnungen eine Reihenentwicklung beinhalten. Atome können vollständige Lösungen haben, daher macht es keinen Sinn, das Modell der Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren auf die entsprechenden Felder anzuwenden. Es gibt solche Berechnungen, aber wie die Antwort hier sagt, befindet sie sich noch in einem Forschungsstadium.

Vielen Dank für Ihre Antwort. Ich bin derzeit ein Student im zweiten Jahr in der High School, der Chemie nimmt und ein Interesse an Physik hat. Ich schien einige meiner Kenntnisse über das, was ich in Chemie gelernt hatte, und meine Forschungen in Physik miteinander vermischt zu haben. Ihre Erklärung und die von Ihnen bereitgestellten Links haben meine Fragen beantwortet. Auch zu Ihrem letzten Satz, den von Ihnen erwähnten Berechnungen und dazu, dass sie sich noch in einem Forschungsstadium befinden, zeigt die Forschung irgendwelche hoffnungsvollen Anzeichen oder ist sie höchstwahrscheinlich eine Sackgasse, da die Antwort auf eine Aussage von 1995 zurückgeht?
In der Antwort auf den letzten Link gibt Arnold an, dass die Situation seitdem nicht gelöst ist, also ist es wahrscheinlich, dass jemand versucht, sie zu lösen.
OK. Vielen Dank.

Sie werden vielleicht entsetzt oder erfreut sein zu wissen, dass diese Frage zumindest teilweise in den Bereich der Interpretation fällt.

Elektronen sind keine Teilchen, die sich auf klassischen Bahnen bewegen (es sei denn, Sie sind ein Anhänger von Bohm). Sie haben im Allgemeinen nicht einmal eine genau definierte Position, also „springen“ sie in keinem physischen Sinne.

Experimentell sind die Energieniveaus diskret (was mit den QM-Berechnungen übereinstimmt), sodass die Energie des Elektrons einen "Sprung" erfährt.

Ein Atom kann sich in einer Situation befinden, in der die Wahrscheinlichkeit, dass ein Elektron ein Photon emittiert oder absorbiert, stetig zunimmt, in diesem Fall ändert sich die Wellenform stetig, aber die Messung zeigt, dass die Energieniveaus immer auf den Niveaus davor oder danach liegen und niemals dazwischen liegen. In diesem Sinne ist der Energiesprung "sofort".

Viele bedeutende Physiker machen Bemerkungen wie „Teilchen sind Anregungen des Quantenfelds“, weil ihnen das hilft, über die Physik nachzudenken, aber das ist etwas oberflächlich. Die Realität ist komplexer. Ebenso glauben viele, dass sich die Wellenform immer glatt ändert, aber das ist wirklich unvereinbar mit Phänomenen wie dem photoelektrischen Effekt oder der Doppelspaltbeugung. Diese Debatten haben keine Sieger, daher ist es viel einfacher, Feynman zu folgen und einfach "die Klappe zu halten und zu rechnen".

Hat Feynman nicht auch gesagt „Niemand versteht die Quantenmechanik wirklich“?
Wie bewegen sich Elektronen von einem Energieniveau zum anderen?
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