Siento que la cronología en la que se enseñan los conceptos en las clases de física universitaria hace que los estudiantes tengan que "desaprender" algunos conceptos anteriores para comprender otros nuevos, y creo que es por eso que estoy atascado en un problema conceptual con la función de onda orbital atómica. , que me está colgando en la interpretación de la función de onda en general.
Las suposiciones con las que estoy empezando son:
La función de onda orbital es una herramienta de cálculo no física, cuyo cuadrado absoluto es proporcional a la probabilidad de interactuar con un electrón en una región determinada.
Los orbitales atómicos están restringidos tanto circunferencial como radialmente por la longitud de onda de De Broglie del electrón.
Perder o ganar un número entero de longitudes de onda (excluyendo otros factores como el momento angular, etc.) explica claramente la transición de electrones entre orbitales.
La transición de un orbital de mayor energía a un estado fundamental va acompañada de la creación de un fotón real de energía proporcional a esta transición.
Aquí está mi problema:
Si la función de onda no es física, y el cuadrado de la función de onda describe solo la probabilidad, es difícil para mí conceptualizar por qué ganar o perder un número entero de longitudes de onda de probabilidad debería dar como resultado la creación de un fotón muy físicamente real y medible de discreto energía.
Parece que estamos teniendo nuestro pastel y comiéndolo al mismo tiempo. Si la función de onda describe una onda de electrones distribuida físicamente que gana y pierde longitudes de onda de números enteros a medida que transiciona los orbitales, que estas transiciones se asocien con la absorción/creación de fotones tiene sentido intuitivo.
Una vez que decimos "Los orbitales son densidades de probabilidad solo sin existencia física, el electrón sigue siendo una carga puntual en todo momento", entonces el concepto de ganar o perder una longitud de onda en la distribución de probabilidad parece que estamos conectando una construcción matemática abstracta a la creación de partículas físicamente reales, y luego volver a convertirlas.
Agregue que luego nos enseñaron que la regla de Born es realmente una aproximación no relativista que no se aplica una vez que actualiza a la ecuación de Dirac, y me pregunto si las "ondas de probabilidad" son realmente la forma más precisa de piense en los orbitales atómicos y en la función de onda en general.
'Cállate y calcula' también funciona, pero no creo que sea el único que quiera tener en mi cabeza al menos el marco conceptual más actualizado mientras hago las matemáticas.
La respuesta de John Rennie aquí creo que está cerca de lo que estoy buscando: si las capas orbitales son solo funciones de probabilidad, ¿por qué los números cuánticos son solo números enteros?
Aunque si estoy interpretando su respuesta correctamente, deberíamos dejar de referirnos al cuadrado de la función de onda como una densidad de probabilidad para la posición del electrón porque simplemente NO HAY posición para el electrón mientras está en un estado propio de energía, en cuyo caso parece para mí, pensar en él como verdaderamente "difundido" en el espacio sería más preciso que imaginarlo como una partícula puntual con la probabilidad de estar en un (x, y, z) específico. Pero me han informado repetidamente que la imagen "difuminada" tampoco es correcta.
Siempre estamos convirtiendo entre "construcciones matemáticas abstractas" y "entidades físicamente reales" cuando hacemos física. Eso es lo que significa tener un modelo matemático que predice lo que sucede en (una idealización del) mundo . Esto no es exclusivo de la mecánica cuántica, es inherente a la idea de que las matemáticas pueden decirnos algo sobre el mundo real.
Para un ejemplo puramente clásico de esto, véase, por ejemplo, la pregunta "¿Cómo puede ser útil la energía cuando es 'abstracta'?" .
Además, la "forma más precisa" no siempre es la forma más útil de pensar en un problema. Sí, claro, nuestra comprensión más "precisa" del mundo cuántico no es la mecánica cuántica no relativista como mecánica ondulatoria, sino la teoría cuántica de campos relativista, al igual que nuestra comprensión más "precisa" de la gravedad no es la gravedad newtoniana, sino la relatividad general.
Pero no usamos la comprensión más "precisa" para predecirlo todo. Nadie hace cálculos relativistas generales para averiguar cuánto tardará una piedra lanzada en tocar el suelo y, de la misma manera, nadie usa la teoría cuántica de campos completa para hacerse una idea de qué son los orbitales.
Por último, debe tener cuidado de distinguir entre las predicciones formales de la mecánica cuántica: "El cuadrado de la función de onda es la densidad de probabilidad de detectar el electrón en un lugar y en un momento determinados", y sus interpretaciones, por ejemplo, "El electrón realmente está esparcido " . y no tiene posición”, “El electrón tiene una posición definida y es guiado por la onda piloto”, “Hay un mundo para cada posición posible del electrón”, etc. Son las primeras las que son objetivas y pueden ser probadas experimentalmente , mientras que este último no puede.
Tienes razón. Uno tiene que aprender cosas y luego desaprenderlas de nuevo.
La imagen de una onda de electrones de De Broglie ajusta perfectamente un número entero de longitudes de onda en la circunferencia de una órbita de Bohr, que se encuentra detrás de sus suposiciones 2 y 3, y se explica muy bien, por ejemplo, en https://physics.stackexchange.com /a/318638/194034 es, en un nivel superior, simplemente incorrecto.
Los electrones no giran alrededor del núcleo como los planetas que giran alrededor del sol. Tienen una función de onda que tiene que ser una solución de la ecuación de Schrödinger (o la ecuación de Dirac; la relatividad no es el problema aquí).
Pero continuaremos enseñando el modelo de Bohr, ya que es un paso útil en la escalera de una comprensión más completa.
usuario4552
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