Wissen wir wirklich nicht, warum Atome „entscheiden“, ein Photon zu produzieren?

Ja, in dem Sinne, dass Sie das "Warum passiert das?" verstehen. , wir haben wirklich keine Antwort.

Dass ein Elektron ein Photon aussendet, ist eine erlaubte Wechselwirkung in der zugrunde liegenden Quanten-(Feld-)Theorie. Dieser Vorgang tritt mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auf. Und das ist alles, was wir dazu sagen können. Soweit wir wissen, gibt es keinen "Auslöser" für die Emission, es ist wirklich ein zufälliger Prozess, der mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit auftritt.

Zu hoffen, dass es eine Theorie gibt, die mit dieser Art von Wahrscheinlichkeitsrechnung aufhört, bedeutet zu hoffen, dass es eine Theorie der verborgenen Variablen gibt . Tatsächlich ist zumindest eine Interpretation der Quantenmechanik, die Bohmsche , eine solche (nichtlokale) Theorie versteckter Variablen, die deterministisch vorhersagen würde, wann und was passiert, wenn wir den Anfangszustand unseres Systems genau kennen würden – diese Theorie erklärt die beobachtete Wahrscheinlichkeit dann durch unsere Unkenntnis des Systems, so dass seine Vorhersagen nicht von einer "wirklich probabilistischen" Interpretation abweichen.

Darüber hinaus besagt Bells Theorem , dass jede Theorie, die mit quantenmechanischen Vorhersagen übereinstimmt, entweder nicht lokal ist oder keine eindeutigen vorbestimmten Messergebnisse hat (nicht realistisch ist ). Das bedeutet, dass Sie niemals eine Theorie bekommen können, die unsere Fragen nach dem „Warum“ beantwortet. wie wir es uns wünschen, denn jede Theorie, die eindeutige Ergebnisse vorhersagt, verstößt gegen die Vorstellung, dass Dinge sich nur mit Lichtgeschwindigkeit beeinflussen können, und jede Theorie, die gut mit unserer relativistischen Vorstellung von Kausalität spielt, hat keine nennenswerten vorbestimmten Messergebnisse.

Daher ist es tatsächlich so: Wir haben keine Ahnung, „warum“ das Elektron ein Photon aussendet, und es ist höchst unwahrscheinlich, dass wir jemals mehr sagen können, als dass es einfach so ist . (Das sollte nicht überraschen: Wir alle wissen, dass „Warum?“ eine lästige, unendlich wiederholbare Frage ist. Wir wissen auch, dass menschliches Wissen notwendigerweise endlich ist, also wird es immer einen Punkt geben, an dem wir das Warum nicht beantworten können , und es ist nicht zu unterscheiden, ob das daran liegt, dass wir es noch nicht herausgefunden haben oder weil es einfach keine Antwort gibt.)

Er sagt dann, dass ein Atom ein Photon erzeugt, wenn diese Elektronen in einen niedrigeren Energiezustand fallen, aber dass wir nicht wissen, warum dies geschieht. Ich verstand das als „wir wissen nicht, was dies auslöst“.

Wie andere gesagt haben, kann man für ein einzelnes Atom mit einem Elektron in einem angeregten Niveau aus der Theorie der Quantenmechanik nur die Wahrscheinlichkeit angeben, dass das Elektron für dieses einzelne beobachtete Atom auf das niedrigere Energieniveau zurückfällt. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die für alle Photonen von Atomen im gleichen angeregten Zustand akkumuliert wird, wird durch die Theorie mit großer Genauigkeit vorhergesagt.

„Warum“-Fragen in der Physik enden bei den Axiomen und Postulaten der Theorie. Die Physik beantwortet „Wie-Fragen“, wie man aus Postulaten und Axiomen die Beobachtungen mit dem Modell beschreiben kann, zum Beispiel die Schrödinger-Lösung des Wasserstoffatoms. „Warum“-Fragen enden in „weil wir das beobachten“.

In diesem speziellen Fall wird das „Warum“ mit „weil die Energie auf das niedrigstmögliche Niveau sinkt“ beantwortet. Dasselbe gilt für Kugeln, die durch die Anziehungskraft der Schwerkraft fallen, außer dass die beteiligten Energien nicht quantisiert sind.

Unsere Theorien der mathematischen Physik basieren auf beobachteten Erhaltungsgesetzen, und die Energieerhaltung ist eine der grundlegenden. Die Theorien, die die Daten beschreiben, haben Anziehungs- und Abstoßungskräfte, und Anziehungskräfte wandeln potentielle Energie klassischerweise in kinetische Energie um, wie beim Fallen der Kugel in das Gravitationspotential. Im Fall des Atoms ändert die Anziehungskraft zwischen Elektronen und Kernen die potentielle Energie in quantisierten Schritten, wenn ein niedrigeres Energieniveau verfügbar ist, und die Energie tritt als Photon aus. Dies ist eine Beobachtung, die sehr gut zu den theoretischen Modellen passt.