¿Realmente no sabemos por qué los átomos 'deciden' producir un fotón?

Sí, en el sentido de que entiendes el "¿Por qué sucede esto?" , realmente no tenemos una respuesta.

Que un electrón emita un fotón es una interacción permitida en la teoría cuántica (de campo) subyacente. Este proceso tiene una cierta probabilidad de ocurrir. Y eso es todo lo que podemos decir al respecto. Hasta donde sabemos, no hay un "disparador" para la emisión, es realmente un proceso aleatorio que ocurre con una probabilidad dada.

Esperar que haya una teoría que acabe con este tipo de probabilismo es esperar que haya una teoría de las variables ocultas . De hecho, al menos una interpretación de la mecánica cuántica, la Bohmiana , es una teoría de la variable oculta (no local) que predeciría de manera determinista cuándo y qué sucedería si conociéramos perfectamente el estado inicial de nuestro sistema; esta teoría explica la probabilidad observada entonces por nuestra desconocimiento del sistema, de manera que sus predicciones no difieren de una interpretación "verdaderamente probabilística".

Además, el teorema de Bell establece que cualquier teoría que esté de acuerdo con las predicciones de la mecánica cuántica no es local o no tiene resultados de medición únicos predeterminados (no es realista ). Esto significa que nunca podrá obtener una teoría que responda a nuestras preguntas de "¿Por qué?" como nos gustaría, porque cada teoría que predice resultados únicos viola la idea de que las cosas solo pueden influir entre sí a la velocidad de la luz, y cada teoría que juega bien con nuestra idea relativista de causalidad no tiene resultados de medición predeterminados de los que hablar.

Por lo tanto, es cierto: no tenemos idea de "por qué" el electrón emite un fotón, y es muy poco probable que alguna vez podamos decir más que simplemente lo hace . (Esto no debería sorprender: todos sabemos que "¿Por qué?" es una pregunta molesta e infinitamente repetible. También sabemos que el conocimiento humano es necesariamente finito, por lo que siempre habrá algún punto en el que no podamos responder el por qué , y es es indistinguible si eso se debe a que aún no lo hemos descubierto o porque simplemente no hay respuesta).

Luego dice que un átomo produce un fotón cuando esos electrones caen a un estado de menor energía, pero que no sabemos por qué sucede esto. Lo entendí como 'no sabemos qué provoca que esto suceda'.

Como han dicho otros, para un átomo individual con un electrón en un nivel excitado, a partir de la teoría de la mecánica cuántica solo se puede dar la probabilidad de que el electrón vuelva al nivel de energía más bajo para este átomo individual bajo observación. La teoría predice con gran precisión la distribución de probabilidad acumulada para todos los fotones de los átomos en el mismo estado excitado.

Las preguntas de "por qué" en física terminan en los axiomas y postulados de la teoría. La física responde a "preguntas de cómo", cómo a partir de postulados y axiomas se pueden describir las observaciones con el modelo, la solución de Schrödinger del átomo de hidrógeno, por ejemplo. Las preguntas de "por qué" terminan en "porque esto es lo que observamos".

En este caso particular, el "por qué" se responde con "porque la energía cae al nivel más bajo posible". Lo mismo ocurre con las bolas que caen por la atracción de la gravedad, excepto que las energías involucradas no están cuantificadas.

Nuestras teorías de física matemática se basan en leyes de conservación observadas , y la conservación de la energía es una de las básicas. Las teorías que describen los datos tienen fuerzas atractivas y repulsivas, y las fuerzas atractivas cambian la energía potencial a energía cinética clásicamente, como cuando la pelota cae en el potencial gravitatorio. En el caso del átomo, la fuerza de atracción entre los electrones y los núcleos cambia la energía potencial en pasos cuantificados, si se dispone de un nivel de energía más bajo, y la energía sale como un fotón. Esta es una observación que se ajusta muy bien a los modelos teóricos.