«Движение» электрона в атоме

[nestoklon]

keraun в сообщении #342114 писал(а):

Что скажете?

Скажу, что если всё аккуратно учесть, опять всплывут те же самые жёсткие ограничения.
Это как проектировать вечный двигатель второго рода. Схема может быть довольно сложной, работа весьма неочевидной. Но если есть нарушение принципа, можно быть уверенным, что работать не будет. Иногда для разминки можно заниматься выснением деталей того, как именно оно не будет работать. Но что не будет -- можно быть уверенным.
Конкретно в случае детектора -- можно попробовать разобраться в деталях. Начнём с того, что "режим реального времени" -- это довольно нежёсткие ограничения на неопределённость энергии (постоянная планка весьма мала), положение и импульс частиц он тоже измеряет неидеально. Можно поискать, какие ошибки. Уверен, что всё сойдётся.

[myhand]

keraun в сообщении #342089 писал(а):

Почему же нельзя оперировать ненаблюдаемым?

Кто Вам сказал такую глупость? Можно и нужно, конечно. Вон, мы же пользуемся представлением о координате и импульсе электрона. Хотя измерить их одновременно - невозможно. Аналогично - представление о траекториях квантовых частиц в фейнмановских интегралах по путям. В сущности, это ненаблюдаемые вещи. Главное помнить, что все наблюдаемые в такой теории обязаны удовлетворять известным экспериментам.

Что касается "Только вот очень хотелось бы почитать реальные эксперименты по изучению корпускулярных и волновых свойств электрона. Не приведёте самые важные ссылки на pdf статьи, чтобы их можно было скачать?" - идея благая, конечно. Но почти наверняка уверен, что ни черта Вы в этих статьях не поймете. Ибо писано лет 50-70 назад, да еще и для специалистов. Если интересны эксперименты - начните с регулярного курса общей физики (типа пятитомника Сивухина). Там обычно описывают критические эксперименты для соответствующей области.

keraun в сообщении #342114 писал(а):

Собственно, это отражено в соотношении неопределённостей Гейзенберга. А теперь внимание! Посмотрите на работу детектора элементарных частиц. Как он умудряется зафиксировать точно положение, направление, энергию частиц после столкновения?

Вы слабо представляете себе как работают детекторы элементарных частиц. Увы, соотношение неопределенностей работает и для них. Даже хуже - в релятивистской области оно более жесткое и приводит к некоторой минимальной неопределенности в положении частицы даже если мы не берем в расчет ее импульс.

[vicont]

keraun в сообщении #342089 писал(а):

А фильме чётко говорится, что электрон находится везде и нет конкретного, одного места его нахождения, но куда бы мы не «посмотрели», измерительный прибор покажет его наличие там.

А если взять два прибора и "посмотреть" одновременно в две точки пространства, то мы зарегистрируем электрон одновременно в двух местах?
Насколько я знаю, такого еще никому не удалось сделать.

keraun в сообщении #342089 писал(а):

Почему же нельзя оперировать ненаблюдаемым? Я считаю, что нужно! Это приводит к новым открытиям. Вся физика построена на математике, а математика – наука абстрактного описания (ненаблюдаемых объектов, явлений). Без математики у нас нет будущего.

Математика конечно достаточно важный инструмент физики, но не самый главный. Физика скорее построена на эксперименте, чем на математике. Математическую модель можно нафантазировать какую угодно. Бумага все стерпит. Для того, чтобы эта модель была физической, нужно соотнести ее с наблюдаемой реальностью. Т. е. с результатами эксперимента.
Оперировать с ненаблюдаемыми в рамках какой-то модели никто не запрещает. Но соотнести эту модель с реальностью можно только по наблюдаемым и никак иначе.

keraun в сообщении #342114 писал(а):

Так вот моя мысль: а что если о положении и скорости (энергии) электрона судить по конечному положению системы электрон-фотон. Что-то вроде двух объектов классической физики столкнулись и разлетелись. Конечные положения и скорости известны, известны углы, известны начальные данные фотона.

У меня возникли такие вопросы. Откуда известны начальные данные фотона (координаты и импульс). Каким образом измерить конечные положения и скорости? Вам не кажется, что проблемы с неопределенностью Гайзенберга вы просто замаскировали в другом месте процедуры измерения?

[keraun]

.

[myhand]

keraun в сообщении #342166 писал(а):

Что касается детекции элементарных частиц, то как минимальная неопределённость координат согласуется с принципом неопределённости Гейзенберга? Т. е. получается есть некая постоянная дельта икс с индексом ноль, которая присутствует всегда и добавочный член дельта икс, который зависит от условий эксперимента? Почему в соотношении неопределённости это не указано? Своё соотношение неопределённостей Гейзенберг установил аж в 1927 году. Не пора ли физикам дополнить, исправить его?

Давно уже все дополнили и исправили. Соотношение получается типа $\Delta x \propto \hbar/p$, где $p$ - импульс частицы. Результат, полученный Ландау и Пайерлсом в лохматом 30-м году. Обычно упоминается в соответствующих книжках, т.е. по КТП, а не квантовой механике.

keraun в сообщении #342166 писал(а):

Что касается соотнесения модели и реальности на основании наблюдаемых величин, то у меня сразу же возникает вопрос: а какой толк от всех этих вариантов квантовой механики? Они дали миру какую-нибудь практическую ценность?

От каких "этих всех". "Эти все" дали Вам компьютер, позволяющий Вам опубликовать все, что прийдет в голову...

keraun в сообщении #342166 писал(а):

Что касается детекции электрона с помощью фотона. Начальные координаты фотона – источник излучения. Импульс (наверное) можно измерить каким-нибудь прибором в данной области пространства, где и будет «пролетать» электрон. Результаты статистически обрабатываются, вычисляется среднее значение. Конечные положения – по удару фотона и электрона о детектор. Скорость также – «импульсометром».

Наверное - не считается.

keraun в сообщении #342166 писал(а):

Ещё такой вопрос к вам. Я правда не могу его понять. Когда-то я задал его учителю физики, а он отделался формулировками из учебника. Почему электрон вращается вокруг ядра? Все как один говорят: ядро минимум в 2000 раз тяжелее электрона. Хорошо! Но вы не учли одну «маленькую» деталь. Гравитационные силы в атоме на 40! порядков слабее, чем кулоновские. В 10 в 40 степени раз. Это вся равно, что сравнить массу Земли и массу бактерии. Бактерия не оказывает никакого влияния на Землю. Гравитационные силы в атоме пренебрежимо малы и вряд ли когда-нибудь будут измерены. А если это так, то электрон и протон (рассмотрим простейший случай – атом водорода) должны вращаться вокруг общего электрического центра зарядов.

Вокруг какого такого "центра зарядов"? С классической точки зрения (отвлекаясь от излучения при ускоренном движении) - они должны двигаться вокруг общего центра масс. Практически - он совпадает с протоном, поскольку последний на три порядка тяжелее электрона. Думаю начать Вам следует с Сивухина. И не с пятого тома, а с первого. По пословице, "Один дурак задаст столько вопросов, что сто умных не ответят!". Т.е. с какого-то момента у отвечающих терпение банально закончится ;)

Что касается pdf-ок - вот совсем недавняя: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v100/i24/e243004 Реальные эксперименты, демонстрирующие именно бороподобное вращение электрона вокруг ядра.

[vicont]

keraun в сообщении #342166 писал(а):

Все как один говорят: ядро минимум в 2000 раз тяжелее электрона. Хорошо! Но вы не учли одну «маленькую» деталь. Гравитационные силы в атоме на 40! порядков слабее, чем кулоновские. В 10 в 40 степени раз. Это вся равно, что сравнить массу Земли и массу бактерии. Бактерия не оказывает никакого влияния на Землю. Гравитационные силы в атоме пренебрежимо малы и вряд ли когда-нибудь будут измерены. А если это так, то электрон и протон (рассмотрим простейший случай – атом водорода) должны вращаться вокруг общего электрического центра зарядов.

А при чем тут, собственно говоря, гравитация? Подумайте сами положительный заряд притягивается к отрицательному. Т. е. за счет электромагнитных сил электрон притягивается к протону (ядру). За счет гравитационного взаимодействия они тоже притягиваются друг к другу. (Антигравитацию никто еще не открыл). Поэтому гравитация ну никак не может скомпенсировать результат электромагнитного взаимодействия.
Если отвлечься от того, что выражение "вращается" касательно электрона в атоме является весьма утрированной, то удержать электрон от падения на ядро, опять же в достаточно грубом приближении, может только инерция. А для нее существенна именно масса, а не заряд.

keraun в сообщении #342166 писал(а):

Есть ли реальные эксперименты, доказывающие, что в атоме водорода и во всех атомах именно электрон вращается вокруг ядра, а не они вращаются вокруг общего центра вместе?

А они и так "вращаются" вокруг общего центра масс. (ну в планетарной модели атома) Можете сами посчитать где будет центр масс системы электрон-протон.
Насчет экспериментов... Надеюсь вы о ренгеноструктурном анализе слышали? Если бы ядро носилось как угорелое по атому, а в случае молекулы или кристаллов, то, наверное и по всему их объему тоже, возможно было бы по этому методу сказать что либо осмысленное?
Да тот же самый классический опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц металлической фольгой дал бы скорее всего совсем другие результаты.

keraun в сообщении #342166 писал(а):

Так вот оказывается, когда они проводили эксперимент с целью узнать в каком же конкретном месте находится электрон в атоме, обнаружилось, что электрон действительно одновременно находится в нескольких местах. Вам, физикам, эти опыты должны быть известны.

Хорошо, подождем что скажут физики. Я то сам химик.

keraun в сообщении #342166 писал(а):

nestoklon, а где гарантия, что принцип неопределённости Гейзенберга всесилен? Для этого он должен быть многократно проверен в экспериментах. Я не физик, мне не известно достаточно ли проведено экспериментов, доказывающих, что этот принцип выполняется.

Почитайте о ЭПР-экспериментах. (Эйнштейна — Подольского — Розена, не путать с электронным парамагнитным резонансом ) В свое время Эйнштейн с Бором вовсю подискутировали по этому вопросу. А потом экспериментаторы довольно сильно изголялись на эту тему. Неопределенность пока устояла.

keraun в сообщении #342166 писал(а):

Что касается соотнесения модели и реальности на основании наблюдаемых величин, то у меня сразу же возникает вопрос: а какой толк от всех этих вариантов квантовой механики? Они дали миру какую-нибудь практическую ценность?

Да даже если какой-то подход просто облегчит вычисления определенного класса задач, это уже практическая ценность.

keraun в сообщении #342166 писал(а):

Что касается детекции электрона с помощью фотона....

Это все так просто кажется, пока этим сами серъезно не занимаетесь. Есть такая вещь, как метрология - наука о измерениях. Когда у вас дойдут руки до нее, тогда этот вопрос можно будет обсуждать. Просто основы лучше узнавать из учебников, а не в вольном изложении участников форума.

[keraun]

.

[myhand]

keraun в сообщении #342200 писал(а):

myhand, вопросы у меня возникают по мере прочтения материала. Сейчас я читаю квантовую механику и когда дойду до Сивухина – будут вопросы и по нему.

Я к тому, что плавая в более простых вопросах - сложно ожидать адекватного понимания более сложных. Почему и посоветовал Вам более систематический путь. Так и учат на физфаках. Сначала курс общей физики (тот же Сивухин) - а потом уже более углубленные теоретические курсы (в т.ч. и по квантовой механике) и спецкурсы.

keraun в сообщении #342200 писал(а):

Наблюдаем устойчивый атом. Электрон в соответствии с электродинамикой должен упасть на ядро. Нет, вот давайте введём постулат что энергия не излучается и орбита постоянна. Чтобы скомпенсировать притяжение ядра – нужна инерция. Но если я правильно помню, то при движении зарядов возникает сила Лоренца. Интересно, а её учитывают в своих моделях физики?

Ну вот видите. Лишний пример, что приступать к КМ Вам рановато пока. Кулоновская сила и есть "сила Лоренца" фактически. Магнитные поправки, которые появляются от движения ядра - это тьфу. Не говоря уже о том, что скомпенсировать надо не "притяжение ядра", а потери энергии на излучение.

keraun в сообщении #342200 писал(а):

Что касается опытов Резерфорда по рассеянию альфа-частиц металлической фольгой – в этом случае мы имеем дело с атомами металлов, а они многоэлетронные. Насколько я знаю даже уравнение Шрёдингера точно для них не решено. Что же можно говорить о центре зарядов. Для многоэлектронных (сложных) атомов – у нас нет выбора и придётся поместить этот центр в ядро.

И для "много" и для "немного" электронных - выбора нет. Причем именно благодаря опытам Резерфорда. Они позволили оценить размер центров рассеяния, который оказался много меньше размеров атомов (известных из других соображений).

[nestoklon]

keraun в сообщении #342166 писал(а):

nestoklon, а где гарантия, что принцип неопределённости Гейзенберга всесилен? Для этого он должен быть многократно проверен в экспериментах. Я не физик, мне не известно достаточно ли проведено экспериментов, доказывающих, что этот принцип выполняется. Это скорее вопрос к вам, физикам.

Гарантию я вам могу дать. Если вас это не устраивает, можете почитать про принцип неопределённости тут. Если вам лень читать, в двух словах: принцип неопределённости с необходимостью следует из того факта, что координата и импульс связаны преобразованием Фурье. Они выполняются для любой волны -- звуковой, световой, какой угодно. Что вы предлагаете проверять экспериментально? Что электрон волна? Таких экспериментов море. Выбирайте любой.

keraun в сообщении #342166 писал(а):

Что касается соотнесения модели и реальности на основании наблюдаемых величин, то у меня сразу же возникает вопрос: а какой толк от всех этих вариантов квантовой механики? Они дали миру какую-нибудь практическую ценность?

Да. Разные задачи удобнее решать, пользуясь разными вариантами.

keraun в сообщении #342166 писал(а):

Почему электрон вращается вокруг ядра?

Потому, что ядро тяжелее =) . Почитайте на досуге про задачу двух тел и про приведённую массу. Авось понятнее станет.

[vicont]

keraun в сообщении #342200 писал(а):

vicont, зачем же учёные так изгаляются, чтобы оправдать эксперимент теорией?

Тут все наоборот. Вы же выразили сомнение в принципе неопределенности Гайзенберга. Не вы первый, не вы последний. Вот и придумывают различные варианты экспериментов, которые могли бы опровергнуть этот принцип. Пока никому не удалось.
Так что речь идет о проверки теории экспериментом.
И это не только в данном случае. Любая теория проверяется все новыми и новыми экспериментами. Поскольку любая теория это некое приближение к реальности, вот и ищут границы применимости этих приближений. Когда находят, появляется возможность создать теорию более приближенную к реальности.

[nestoklon]

Да, я возможно не совсем точно выразился. Экспериментально проверять принцип Гейзенберга сам по себе нет никакого смысла. Потому что есть масса интересных экспериментов, в которых этот принцип проверяется "автоматически".

[keraun]

.

[nestoklon]

keraun в сообщении #342276 писал(а):

Получается один заряд притягивает другой с силой f, другой притягивает первый с той же самой силой. В итоге сила получается удвоенная!

Про третий закон Ньютона вам в школе тоже не рассказывали? Печально.

keraun в сообщении #342276 писал(а):

Но волна должна иметь среду в которой она распространяется, ...

Кому должна?

keraun в сообщении #342276 писал(а):

Но это не так! Вот они ошибки аналогии.

Ну что делать. Ошибки возникают всегда, когда мы переводим математику на человеческий язык. Я правильно понял, что математическое описание вы понять не в состоянии? Тогда миритесь с тем, что что-то останется недосказанным. Про преобразование Фурье почитали? Там не про свет и не про звук. Там "вообще".

keraun в сообщении #342276 писал(а):

Вы так и не поняли моего аргумента.

Нет, это вы не поняли моего аргумента. Природа силы тут не при чём. Если вам к шее привязать бетонный блок потяжелее и заставить крутиться (например, подбросить повыше), то вы будете крутиться вокруг блока, а не он вокруг вас. Несмотря на то, что вы с ним взамодействуете посредством верёвки, которая действует намного сильнее чем гравитационное взаимодействие.

[Newton]

nestoklon в сообщении #342102 писал(а):

Наблюдаемые (в квантовой механике это обычно вероятности тех или иных исходов эксперимента) можно обсуждать

Вы ничего не перепутали? Обычно в квантовой механике наблюдаемыми называют физические величины, которые, с одной стороны, имеют классические аналоги (например, координата, импульс, энергия, момент импульса), а с другой стороны, представлены в теории самосопряженными операторами. Вероятность события не обладает указанными свойствами.

[nestoklon]

Newton в сообщении #342285 писал(а):

Обычно в квантовой механике наблюдаемыми называют физические величины

И что, их прямо так и наблюдают экспериментально? Прямо в виде самосопряжённых операторов? Или экспериментально наблюдают всё же что-то другое?.. Я в курсе терминологии из учебников. Это именно тот случай, когда есть "проблемы перевода" на обычный человеческий язык.