Чому електрони в атомі не зупиняються?
Як не дивно, але досі немає відповіді на це просте запитання: “чому електрони в атомі не зупиняються?”
Різні джерела дають протилежні відповіді. Вони залежать від того, чим ми вважатимемо сам електрон — частинкою або хвилею. Якщо вважати електрон окремою зарядженою частинкою, то його швидкість в атомі водню повинна становити 2000 км/с, але є проблема, тому що теоретично заряджена частинка при русі повинна випромінювати енергію у вигляді ЕМ хвиль і гальмуватися, а цього не спостерігається. З іншого боку, і хвиля з нього виходить дивна. Мало того, що вона має не нульову масу, так і заряд у ній однаковий у всіх точках, тому що насправді це не звичайна ЕМ хвиля, а хвильова функція ймовірності знаходження електрона в конкретній точці, тобто, просто фізичне припущення та математична формула, а не якась матеріальна структура.
Для усунення цих розбіжностей вчені запропонували спосіб перевірити, як розподілений у просторі заряд електрона.
“Область простору, де знаходиться така хвиля ймовірності, зазвичай називається невизначеністю координати електрона. Сам термін “невизначеність” наштовхує на думку, що ми не знаємо, де саме всередині цієї фіктивної хвилі знаходиться реальний електрон з класичним розміром — близько одного фемтометра (одна мільйонна однієї мільярдної метра) – або з квантовим розміром — близько ста фемтометрів. Відповідно до поширеної інтерпретації, якби ми могли точно встановити, де саме розташований електрон усередині хвилі ймовірності, невизначеність звернулася б у нуль, і хвиля перестала б існувати — стався б її «колапс» Ця думка узгоджується з численними експериментами, у тому числі з випромінюванням електромагнітних хвиль: електрони завжди випромінюють не як просторово протяжні хвилі, а, швидше, як маленькі кульки з електричним зарядом, що знаходяться в дуже малій області простору.
Але існує й інша, «неточкова» інтерпретація такої хвилі: заряд електрона можна уявити як би розмазаним по всій хвилі, подібно до пучка багатьох частинок, але із загальним зарядом, рівним заряду одного електрона. За останні 10 років фізики навчилися надавати таким хвилям різні форми, зокрема форму веселки та пончика. Якби перша «точкова» інтерпретація електронної хвилі була єдино можливою, форма і розмір хвилі ймовірності не впливали б на фізичні процеси, в яких бере участь такий електрон. Проте дослідники знають, що це не так – вона впливає. Електрон може поводитися і як хмарка заряду певної форми, якщо його положення в просторі всередині хмари не вимірюється.”
Загалом, вчені поки що запропонували тільки модель експерименту, а не сам експеримент, який допоможе зрозуміти чи є електрон часткою і чому може проявляти й хвильові властивості.
Як на мене, так ця суперечка, як кажуть, не варта і виїденого яйця, а не лише маси дорогих експериментів. Сам електрон однозначно є часткою, заряд якого хоч і знаходиться у маленькій області навколо нього, але може теж бути точковим. Він уявляє собою шубу навколо електрона, яку можна вважати якоюсь хвилею.
Для наочності подивіться на їжака. Найзвичайнішого їжака з колючками. Сам гризун це електрон, а колючки — це заряд. Зрозуміло, що об’єм з колючками у їжака більший, ніж без них. До того ж щільність колючок зменшується від тільця, що побічно підтверджує його хвильову структуру, але їжак же матеріал. Звичайно, якщо він буде швидко бігати, то ми бачитимемо тільки хмару колючок і потрапити в самого їжака буде проблематично, але це не означає, що він перетворився на колючки, а сам більше не існує.
На останок наведу ще один експеримент, в якому “Вчений вперше подав знімок кристала, що складається лише з електронів”. Ось він:
Ця структура складається лише з електронів. Так, вони коливаються і ми знову бачимо не точкові об’єкти, а хмарку — простір, де встигає побувати електрон за час його знімання. Зніміть об’єкт, що рухається, з великою витримкою й отримайте такий же ефект.
У цьому випадку ніхто навіть не намагається сказати, що вчений зловив і зафіксував якісь хвилі, а не матеріальні електрони, бо це навіть звучало б нерозумно. Тобто. один цей експеримент і фотографія доводять, що електрон є матеріальною часткою, а не хвилею або якоюсь невизначеною функцією, але тоді ми повертаємося до первісного питання: якщо електрони матеріальні, мають масу та енергію, рухаються навколо ядра атома (інакше бути вже не може), то чому вони ніколи не зупиняються? І енергія звідки?
