2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




На страницу 1, 2, 3, 4, 5  След.
 
 «Движение» электрона в атоме
Сообщение31.07.2010, 07:39 
Аватара пользователя
.

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение31.07.2010, 12:25 
Аватара пользователя
Не принимайте слишком близко к сердцу термины "волна" и "частица". Это понятия классической механики. Электроны - объекты другой природы. Электрон - не волна и не частица в смысле классической механики, классическая механика просто не умеет описывать такие объекты, из-за чего и возникают несуразности. Просто некоторые свойства электрона похожи на свойства классической частицы, некоторые другие - на свойства классической волны. А в целом - и не волна, и не частица (или и то, и другое одновременно; но если Вы будете описывать электрон в таких терминах, проблем не избежать).

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение31.07.2010, 12:40 
keraun в сообщении #341741 писал(а):
при «перемещении» с одной орбиты на другую самого «перемещения» не существует, т. е. электрон как частица не перемещается между орбитами, а находится на обеих сразу.

Насколько я знаю, понятием орбита касательно движения электрона в атоме уже давно не пользуются. Предпочитают понятие орбиталь. Если орбита - это некоторая траектория, то орбиталь это распределение вероятности обнаружить электрон в какой-то конкретной точке пространства по всему пространству. (Разумеется, это если говорить упрощенно. На самом деле это понятие несколько сложнее)
Природа так устроена, что мы не можем отследить траекторию движения электрона в атоме. (Про принцип неопределённости Гейзенберга наверное слышали) Поэтому говорить о преходе с одной орбиты на другую не имеет особого смысла, поскольку орбита это ненаблюдаемая вещь. Более адекватное, на мой взгляд, выражение - атом переходит из одного состояния в другое. При этом разумеется изменяется орбиталь электрона.
keraun в сообщении #341741 писал(а):
В качестве доказательства актёры приводят довод полосатых атомных спектров. Мол, раз между полосами, соответствующие орбитам, нет других полос, стало быть, электрон там находится не может. Но секундочку! То, что там нет полос – говорит лишь о том, что там не устойчивых, хотя бы метастабильных состояний, на которых электрон мог бы задержаться и излучить энергию.

Ну, сторого говоря, полоса в атомном спектре соответствует не какому-то состоянию атома, а переходу атома из одного состояния в другое. А то, что спектр полосатый, а не непрерывный, говорит о весьма ограниченном наборе таких состояний.
Каждое состояние характеризуется определенным значением энергии. Квантовая механика говорит, что атом может существовать не в любом состоянии, а только в определенных. Грубо говоря, все множество возможных состояний делится на два подмножества: разрешенных и запрещенных.
Конечно можно поступить и по другому. Характеризовать каждое состояние временем жизни, например. Тогда разрешенные состояния будут соответствовать тем, время жизни которых достаточно велико, для того, чтобы мы их могли зарегистрировать тем или иным способом. А запрещенные будут иметь очень маленькое время жизни. Но пока у физиков не возникало особой необходимости принимать в расчет такие состояния.
Хотя рассеяние света, замедление света в среде по сравнению с вакуумом вполне можно объяснить переизлучение. И ионизацию атомов очень интенсивным потоком низкоэнергетических фотоном тоже.
keraun в сообщении #341741 писал(а):
Более того, из курса физики мы знаем, что помимо электронных уровней, есть ещё колебательные уровни. Есть ещё вращательные уровни.

Колебательные уровни это уже не у атомов. Это у молекул. Чем более сложная система, тем больше у нее разрешенных состояний. Принципиальной разницы между электронными, колебательными и вращательными уровнями нет. Просто это достаточно удобная система классификации. Ну, типа разделения спектра электромагнитного излучения на радиоволны, ИК-излучение, видимый свет и так далее....

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение31.07.2010, 17:43 
Аватара пользователя
.

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение31.07.2010, 18:20 
Аватара пользователя
keraun в сообщении #341809 писал(а):
всё же частица или волна – довольно удобная модель, которую можно математически описать. А как в таком случае вы предлагаете определить электрон? Я не физик и не в курсе темы.

"Математически описать" - можно не только частицу или волну. В классическом смысле. Интересно - почитайте книжки, систематически излагающие КМ. Математической формулировкой служит уравнение Шредингера (ну или аналог в представлении Гейзенберга) + вероятностная интерпретация волновой функции.

Так что "дуализьм" волна-частица - это из области философствований на тему... Или просто использование принципиально разных классических моделей для иллюстрации отдельных явлений квантового мира. Педагогический прием - типа того.

Собственно, помимо формализма Шредингера или Гейзенберга - есть интерпретация КМ Фейнманом (интегралы по путям). Классическую КМ она достаточно интересным образом связывает с фундаментальным для классической механики вариационными принципом "наименьшего действия". КМ "расширяет" классические представления о движении - если классическая частица движется по экстремуму действия между начальной и конечной точкой, то в КМ мы вынуждены считать, что квантовая частица движется сразу по всем траекториям. Каждая классическая траектория дает вклад в результирующую суперпозицию, определяющую волновую функцию.

Ситуация интереснее, если мы проводим измерения над квантовой частицей. Можно порекоммендовать Фейнмановские лекции по физике (ФЛФ) - там такая картина и принципиальные моменты КМ изложены очень неплохо.

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение31.07.2010, 19:16 
Аватара пользователя
.

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение31.07.2010, 20:02 
Аватара пользователя
keraun в сообщении #341828 писал(а):
Прежде чем я начну читать восьмой и девятый тома феймановских лекций, хотелось бы уяснить для себя три вопроса. Во-первых, насколько феймановская трактовка отличается от официальной? Нету ли там отсебятины? Во-вторых, что вы скажете об уже имеющихся у меня учебниках.

Нет никакой "официальной" трактовки, нет никакой "официальной" науки. Есть наука и есть не наука. Фейнмановские функциональные интегралы давно стали стандартной частью КМ и КТП (квантовой теории поля).

keraun в сообщении #341828 писал(а):
Первый «Квантовая механика и квантовая химия» написан Ермаковым А. И. из Новомосковского филиала РХТУ. Второй «Квантовая химия» написан Цирельсоном В. Г. из РХТУ. В-третьих, какой учебник по квантовой механики лучше всего?

С этими двумя я не знаком. Что касается учебника - вполне неплох и стандартный т.III ЛЛ ("Квантовая механика. Нерелятивистская теория."). Более подробно чем в ФЛФ идея интегралов по траекториям изложена в Фейнман, Хиббс "Квантовая механика и интегралы по траекториям".

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение31.07.2010, 20:04 
keraun в сообщении #341809 писал(а):
vicont, а ведь существуют такие понятия как «основное» и «возбуждённое» состояния атома. Причём время нахождения атома в «возбуждённом» состоянии мало вследствие его неустойчивости, что приводит к излучению им энергии и переходу электрона с вышележащей орбитали на нижележащую.

Основное состояние это разрешенное состояние с самой низкой энергией. Соответственно возбужденные состояния это состояния с энергией выше основного состояния. Время жизни возбужденного состояния разумеется мало по сравнению с привычными нам интервалами времени, но достаточно велико, для того, чтобы мы могли эти состояния исследовать. Например, есть такая вещь, как пикосекундная спектроскопия. Позволяет записывать спектры поглощения молекул вещества в возбужденном состоянии. И время жизни различных возбужденных состояний весьма сильно различается. Думаю вы слышали о люминесценции и фосфоресценции. Ими как раз обладают вещества, время жизни возбужденного состояния которых значительно выше обычного. Причем при фосфоресценции оно настолько велико, что мы и без всяких приборов можем ее заметить. Возбуждающий свет уже выключен, а мы видим, как вещество продолжается светиться с затухающей интенсивностью.
keraun в сообщении #341809 писал(а):
Что касается термина «орбита» – он используется в фильме и я не решил вносить отсебятину. Фильм достаточно старый.

Фильм в самом деле старый. И его задача ведь не научить физике, а дать общее представление, так сказать, на пальцах. И стимулировать интерес к более глубокому изучению предмета. :-)

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение31.07.2010, 21:07 
keraun
Вообще-то атомная физика - лес тёмный. Мы не можем толком объяснить почему электрон обращаясь вокруг ядра не излучает несмотря на ускоренное движение. Те объснения, которые приведены в учебниках (вот мол он "размазан по орбите") сводятся в конце концов к объяснению "так Бог дал".
Или такой вопрос. Почти все наши элекромагнитные волны излучаются диполями, причём длины этих волн примерно равны удвоеной длине диполя. Как крошечный атом (1 А) ухитряется иэлучать волны длиной в микроны? Ведь период этих волн - миллионы оборотов электрона вокруг ядра независимо от того частица он или "размазан" по орбите.

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение31.07.2010, 21:23 
Аватара пользователя
Анатолий Григорьев в сообщении #341850 писал(а):
keraun
Вообще-то атомная физика - лес тёмный. Мы не можем толком объяснить почему электрон обращаясь вокруг ядра не излучает несмотря на ускоренное движение. Те объснения, которые приведены в учебниках (вот мол он "размазан по орбите") сводятся в конце концов к объяснению "так Бог дал".

А в каких конкретно учебниках приведено объяснение "он размазан по орбите"?

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение01.08.2010, 08:43 
Аватара пользователя
.

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение01.08.2010, 10:00 
Аватара пользователя
Мнение исключительно по учебникам: Ахметов и Глинка это всё же общая химия для первокурсников и понятия квантовой механики в строгом изложении студентам просто недоступны. Хотя необходимые слова там сказаны.
Вот сравните учебник для старшекурсников кафедр квантовой химии: Минкин, Симкин "Теория строения молекул". Там без "фотографий" электрона, но математика чересчур серьёзная :-) .
Всё это учебники 15-летней давности (по первому изданию). Может быть уже есть новенькие?

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение01.08.2010, 11:11 
Аватара пользователя
.

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение01.08.2010, 12:00 
Аватара пользователя
Почитайте нечто среднее: университетский учебник R. Dickerson "Chemical Principles". В предисловии к последнему изданию автор прямо отвечает на вопрос, почему он существенно упростил главу о строении атомов. Она написана без привлечения сложного математического аппарата, но и далеко не на школьном уровне. Так вот: причина - жалобы реальных преподавателей, что им тяжело это объяснять студентам. Ведь у учебника есть своя специфика.
Я уж не говорю, что неорганику и органику учат и медики, и биологи. Конечно, у них свои учебники, но орбитали они зубрят и плачут. А зачем им строгое изложение? Нет, кому хочется - пожалуйста, есть спецкурсы.
Мне кажется, что учебники на самом разном уровне найти можно, но вот усложнять программу курса общей химии теорией как-это-на-самом-деле просто нереально.

 
 
 
 Re: «Движение» электрона в атоме
Сообщение01.08.2010, 12:15 
keraun в сообщении #341912 писал(а):
Сложный математический аппарат можно опустить, а вот теоретическое изложение должно быть грамотным.
Это довольно распространённое заблуждение. Что так вообще можно сделать. Особенно оно распространено среди гуманитариев. Проблема в том, что если опустить матаппарат, то что останется, физикой не будет. Дело в том, что в современной физике первичен как раз тот язык, который "матаппарат".
Ну вот на примере фейнмановской формулировки КМ. Относительно несложно строго показать, что эта формулировка полностью эквивалентна "обычной" формулировке в духе уравнения Шредингера. При этом понять это качественно, не переходя на язык формул, вряд ли вообще возможно. Что тогда считать "официальной" трактовкой? Есть несколько альтернативных и строго эквивалентных способов "получить" квантовую механику. Среди них нет ни "правильного" ни "официального". Они все правильные. Если я завтра придумаю ещё один подход и сумею строго показать, что он эквивалентен другим, более того, окажется что в каких-то задачах им удобнее пользоваться, это будет нормально и пару-тройку приличных монографии грех будет не написать.

Также довольно странно, что вы решили изучать КМ по учебникам по химии. Это приблизительно как изучать дифференциальное исчисление по курсу теормеха.

 
 
 [ Сообщений: 70 ]  На страницу 1, 2, 3, 4, 5  След.


Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group