¿Existe una explicación clásica de por qué el electrón en el estado fundamental de un átomo de hidrógeno no gira en espiral hacia el protón? [cerrado]

R. Feynman estaba preocupado por esta pregunta. Afirmó que no había una explicación clásica. De hecho, según su análisis clásico, el electrón entraría en espiral en el protón en aproximadamente un nanosegundo. Este problema se conoce formalmente como "estabilidad atómica", en este caso "la estabilidad atómica del átomo de hidrógeno". En 1911, Planck propuso su segunda teoría de cuantificación en la que introdujo el concepto de un mar de energía al que ahora nos referimos como radiación de punto cero. después de un comienzo difícil. ahora es la investigación principal la que se usa en QED, "cambio de cordero", el "factor g anómalo del electrón" y la " estabilidad atómica del hidrógeno". Sugiero que eche un vistazo al siguiente enlace como fondo: https://en .wikipedia.org/wiki/Zero-point_energy

Estoy desconcertado de que Feynman estaba preocupado por eso. ¿Tiene una cita relevante? Quizás estaba hablando retóricamente y estaba explicando que debido a que los átomos no se comportan de manera clásica, tuvimos que desarrollar una teoría (mecánica cuántica) que nos brinde un mejor modelo para los átomos.
@PM2Ring, yo también estoy desconcertado. La afirmación de que no existe una explicación clásica es una afirmación de hecho, pero no de preocupación. También me gustaría ver una cita, pero el OP parece no estar dispuesto a respaldar estas declaraciones y sigue eliminando conversaciones.
Si la pregunta aquí es sobre el estado mental de Feynman ("preocupado" o no), o sobre el estilo hiperbólico de Feynman de describir resultados interesantes y sorprendentes, entonces la pregunta está fuera de tema para la Física . El cálculo de que un electrón en órbita clásica chocaría contra su núcleo es anterior a Feynman: el axioma "supongamos que eso no sucede" es fundamental para el modelo de Bohr.
Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .

Respuestas (4)

No, no existe una explicación clásica de la estabilidad del átomo/materia. La física clásica (combinación de mecánica newtoniana + electrodinámica - Larmor ) predice la pérdida total de energía del electrón en órbita por radiación, por lo que el "átomo elemental clásico" propuesto por E. Rutherford en 1911 no existiría. Entonces, la pregunta en el título tiene una respuesta muy simple, casi trivial.

De ahí la necesidad de la mecánica cuántica...

Si hubiera una explicación clásica para la estabilidad del átomo de hidrógeno, no habría razón para una descripción mecánica cuántica. La mecánica clásica simplemente no puede proporcionar explicaciones para varios fenómenos observados y descripciones teóricas de los sistemas atómicos.

En resumen, la electrodinámica clásica predice que una carga acelerada emitirá radiación. La conservación de la energía establece que si aparece energía en el campo de radiación, la carga acelerada debe perder energía mecánica. Junto con otras suposiciones razonables, no hay otra conclusión que la órbita de la partícula se vuelve más pequeña, y eventualmente colapsa sobre la otra partícula.

Hay muchas cosas que uno puede cuestionar para tratar de solucionar esto. Por ejemplo, tanto el electrón como el protón se mueven, como bucles de corriente, alrededor del centro de masa. ¿Podrían estar intercambiando radiación clásica? No me parece. La gente ha tratado durante bastante tiempo de buscar problemas con las primeras descripciones clásicas de los átomos para ver si agregar más física conduciría a un estado estable. Esto ha fallado. Al igual que la órbita de Mercurio que no sigue la ley de movimiento de Newton usando su modelo de gravedad. Eventualmente, Einstein tuvo que desarrollar la Relatividad General para describir esto.

Esta incapacidad para describir el átomo estable con la física clásica, y la capacidad de hacerlo con QM, es uno de los principales logros de QM.

Solo como un aparte, diría que la precesión del perehelio de mercurio no era la razón por la que se necesitaba la relatividad general (la inconsistencia de la gravedad newtoniana y la relatividad especial fue el gran motivador aquí), sino que la anomalía en la órbita de mercurio fue un buen confirmación, disponible en 1916, de que la relatividad general podría ser correcta.
@Jerrie Schirmer... Siempre me equivoco, pero ¿Sabía Newton que la gravedad viaja a la velocidad de la luz y que, por lo tanto, las líneas de fuerza entre el sol y Mercurio son curvas?
@barry En la física newtoniana, la gravedad se propaga instantáneamente, y si intenta calcular órbitas con la gravedad propagándose en c (como lo hace en GR), suceden cosas malas, como descubrió Laplace. Consulte physics.stackexchange.com/q/5456/123208 , especialmente las respuestas de hawkeye y user154997, así como varias otras preguntas vinculadas en esa página.
@JerrySchirmer, si bien tiene razón en que esta anomalía no requería necesariamente GR, todos los intentos de estimarla utilizando la gravedad newtoniana fallaron. Mi punto con ese ejemplo era que no había gravedad newtoniana salvadora, incluso en la época de Newton.
Creo que el punto central es que nadie descartaría una teoría tan bien establecida como la gravedad de Newton sobre una anomalía tan pequeña como 73 segundos de arco de precesión inexplicable por siglo, sin un montón de otras buenas razones: un pequeño error sistemático de algunos forma u otra sería suficiente para arreglar eso.
Esa es su opinión, pero los astrónomos trabajaron en esa anomalía durante siglos desarrollando las técnicas más avanzadas en el camino y no pudieron encontrar una razón para ello. Diría que es una razón para (1) desafiar las leyes del movimiento, (2) la ley de la gravedad existente, (3) la naturaleza misma de nuestra "creencia" sobre el vínculo y el espacio. Ahora bien, ese no era el camino de Einstein. SR es una teoría covariante del movimiento que obedece a la simetría de Lorenz. La gravedad no. La única forma de hacerlo consistente con el resto de la física era forzar la covarianza en él... resulta GR.
@ggcg... La física siempre ha progresado con nuevos descubrimientos que desplazan o complementan los paradigmas existentes. Si la física cae en un túnel del tiempo o sufre de "inercia de paradigma", estamos condenados a estancarnos. El universo/sistema solar centrado en la tierra de Ptolomeo duró mil años. QED no es compatible con las últimas mediciones anómalas del factor g de muones. Sin embargo, los físicos preferirían proponer una "nueva física" en lugar de cuestionar QED.

No existe una explicación clásica para esto por muchas razones, una de ellas es que en la física clásica (y en la química, etc.) palabras como electrones, átomos, etc. son solo eso: palabras, marcadores de posición, comodines...

En la física clásica, un electrón se define como la parte teórica más pequeña de una carga o como un «grano» de carga o como la partícula que forma corrientes eléctricas, cargas, etc.

Ese tipo de definición macroscópica no dice nada sobre el comportamiento de un solo electrón.

Por lo tanto, la imagen popular/clásica del electrón como una diminuta bola esférica de electricidad es simplemente incorrecta. Por eso conduce a aparentes paradojas.

Tienes razón en el dinero con esto. El paradigma mismo de "de qué está hecha la materia" es lo que está en juego aquí. Su respuesta es una de las primeras veces que veo a otro científico expresar esto.
@ggcg.... He dado una explicación convincente de Maxwellian / Planckian de la estabilidad atómica que no ha sido criticada de hecho. Muchos de mis comentarios y respuestas se eliminan, "mala calidad", "fuera del tema", diatriba disfrazada, "ir a un sitio de historia", "no convencional" ¿Actualmente tengo prohibido hacer preguntas?

Lo más parecido a una explicación clásica es un cálculo que indica que los orbitales de electrones en un átomo de hidrógeno corresponden a patrones de ondas estacionarias 3D resonantes, con el paquete de ondas asociado con un electrón limitado por el campo E del núcleo. Aunque algunos de los patrones tienen una amplitud distinta de cero en la posición del núcleo, la probabilidad de una interacción dentro de ese volumen tan pequeño es bastante baja. Hay algunos núcleos inestables que tienen la capacidad de hacer una "captura de K".

@RW Bird ... La radiación de punto cero proporciona la energía para mantener el electrón alejado del protón. También existe una enorme fuerza nuclear de corto alcance (en relación con la fuerza de Coulomb) que impide que el electrón entre en el protón. Esta es la corriente principal de la física actual.
@RW Bird ... "La captura de K es totalmente irrelevante para el átomo de hidrógeno", el electrón en espiral no puede irradiar hacia el mar de energía de la energía de punto cero, Maxwell lo prohíbe, es equivalente a un dipolo que intenta irradiar hacia una cavidad cerrada , la resistencia a la radiación llega a cero, la impedancia de entrada se vuelve puramente imaginaria. esta técnica se puede usar para extender indefinidamente los tiempos de transición de las partículas, incluso la llamada incertidumbre de la desintegración nuclear se puede extender usando esta técnica. Lo remito al enlace wiki en la publicación original, en Punto cero.
No dije que la captura de K ocurriera en el hidrógeno. Solo estaba señalando que en algunos casos, los electrones son absorbidos por el núcleo.
@RW Bird... Sin comentarios sobre el enlace de Wikipedia re: Radiación de punto cero, ¿esa es la pregunta?
¿Existe una explicación clásica de por qué el electrón en el estado fundamental de un átomo de hidrógeno no gira en espiral hacia el protón? [cerrado]
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v