¿Por qué, después de absorber un fotón, el electrón de un átomo 'cae' de nuevo a su estado fundamental (lo que hace que pierda inmediatamente su energía absorbida)?
¿Por qué, después de absorber un fotón, el electrón de un átomo 'cae' de nuevo a su estado fundamental (lo que hace que pierda inmediatamente su energía absorbida)?
La respuesta de @Davidmh brinda nuestras observaciones de la física clásica, donde formulamos las cantidades "energía", "potencial", etc. Observamos que esto era así, una manzana cae, y las matemáticas brillantes organizaron estas observaciones en ecuaciones que pueden predecir lo que suceder. Entonces, la verdadera respuesta a un "por qué" en física es "porque hemos observado que lo hace". Luego, la física responde "cómo" sucede esto, refiriéndose a los modelos matemáticos construidos para describir cómo.
Ahora bien, los electrones y los fotones no son partículas clásicas, son entidades mecánicas cuánticas que trabajan con diferentes modelos de la naturaleza en un marco diferente. Aún así, hay continuidad en la física, y el concepto de energía y energía potencial se ha mantenido, y en el límite clásico surge de la mecánica cuántica, la capa subyacente.
Entonces, la respuesta a "por qué" en el nivel de fotones de átomos de electrones es realmente "porque eso es lo que hemos observado". PERO tenemos un modelo matemático muy bueno para explicar "cómo" sucede esto, que también predice comportamientos futuros. Esto es lo siguiente:
Un fotón que golpea un átomo tiene la probabilidad de interactuar con él, ser absorbido y elevar el átomo a un nivel de energía más alto. Esta probabilidad se puede calcular con las herramientas de la mecánica cuántica que también predicen que una vez que el electrón está en un nivel de energía más alto, existe una gran probabilidad de que regrese al nivel del suelo emitiendo un fotón con la energía adecuada. También se puede pensar en ello con el principio de incertidumbre de Heisenberg . El nivel de energía más alto tiene un ancho, delta (E), lo que significa que tiene un delta (t) de por vida existente, es inestable.
Nuestros modelos son muy buenos y exitosos, y tendemos a pensar que responden "por qué". Por ejemplo, en este caso diremos "porque el nivel de energía tiene un ancho y desde el HUP tendrá que decaer", pero en realidad solo estamos respondiendo "cómo" dentro de nuestro modelo sucede esto.
Esa es una propiedad general de nuestro universo: las cosas tienden al estado de mínima energía y máxima entropía.
Una pelota encima de un tobogán irá hacia abajo, porque allí tendrá menos energía potencial.
Las cargas se atraerán o repelerán entre sí, buscando la configuración mínima de energía.
Una banda elástica estirada tenderá a recuperar su forma original porque... tienes el patrón.
Si quieres, la respuesta es la termodinámica.
Esto se debe a que, por lo general, un electrón SOLO puede permanecer en ciertos estados de energía en un átomo dado, esto se debe a las fuerzas mecánicas cuánticas, como la fuerza fuerte y los principios de incertidumbre de Heisenberg.
Permítanme explicar más, a medida que el electrón se acerca a un átomo, la electrostática y otras fuerzas mecánicas cuánticas entre el electrón comienzan a tirar de él, y a medida que el electrón se acerca, el electrón está esencialmente más confinado y dado que el principio de incertidumbre de Heisenberg gobierna que el impulso de los electrones tiene que convertirse incierto, por lo que como resultado el electrón no caerá porque su impulso es incierto, por lo que solo ocupará un espacio probable alrededor del átomo,lo que llamamos orbital\nivel de energía y, por lo tanto, solo hay ciertos niveles de energía estables en los que un electrón puede ocupar y, por lo tanto, si golpea un electrón con el fotón, el electrón podría obtener más impulso por un breve tiempo y escapar del orbital estable. nivel de energía estable por un breve tiempo, sin embargo, como el nuevo nivel de energía orbital es muy inestable, ya que la fuerza electrostática y otros efectos de la mecánica cuántica podrían estar tirando de él hacia atrás para que vuelva a caer en el átomo y, debido a la conservación de la energía, el electrón emite un fotón, y cuando alcanza nuevamente la configuración estable donde el principio de incertidumbre de Heisenberg y las fuerzas cuánticas alcanzan nuevamente un equilibrio.y cuando alcanza nuevamente la configuración estable donde el principio de incertidumbre de Heisenberg y las fuerzas cuánticas alcanzan nuevamente un equilibrio.y cuando alcanza nuevamente la configuración estable donde el principio de incertidumbre de Heisenberg y las fuerzas cuánticas alcanzan nuevamente un equilibrio.
Es por eso que cada átomo tiene un espectro específico de luz que también emite debido a que el electrón vuelve a caer a un nivel de energía específico. ¡Esta es también una razón por la que funciona la fotoeléctrica!
BMS