Готовлюсь к экзамену по физике. Знаю что модель Резерфорда называют планетарной и что она оказалась неверной или неполной. Но в чем именно парадокс?
Преподаватель сказал что проблема в классической электродинамике, но подробнее не объяснил. Что конкретно не так с этой моделью и почему без квантовой механики ее не спасти?
Парадокс вот в чем.
По классической электродинамике - а это Максвелл, XIX век, очень хорошо проверенная теория - заряженная частица, которая движется с ускорением, обязана излучать электромагнитные волны. Это не предположение, это твердо установленный факт: именно так работают антенны, именно так устроено любое радиоизлучение.
Теперь берем планетарную модель. Электрон вращается вокруг ядра по орбите. Любое движение по окружности - это ускорение (центростремительное), даже если скорость постоянная. Значит, электрон обязан непрерывно излучать. Излучает - теряет энергию. Теряет энергию - замедляется и падает на ядро. Расчеты показывают, что время падения должно быть примерно 10 в минус одиннадцатой степени секунды. То есть атом по классике должен коллапсировать за долю наносекунды.
Но атомы этого почему то не делают. Водород стабилен миллиарды лет.
Вот это и есть парадокс: классически правильная модель предсказывает результат, которого в природе нет.
Бор в 1913 году закрыл дыру постулатами - просто запретил электрону излучать на стационарных орбитах, не объясняя почему. Это работало для водорода, но было явным костылем. Квантовая механика (1925-1926, Гейзенберг и Шрёдингер) ответила на "почему": электрон не движется по орбите вообще, он описывается волновой функцией, и понятие траектории к нему неприменимо. Нет траектории - нет ускорения - нет излучения.
Хорошо объяснено выше. Добавлю один нюанс для полноты: проблема была известна сразу когда Резерфорд опубликовал модель в 1911 году. Он сам о ней знал. Просто модель настолько хорошо объясняла опыт по рассеянию альфа-частиц, что ее приняли как рабочую, понимая что она неполная.
Это нормальная научная ситуация - модель полезна пока не найдена лучшая.
Короче, электрон не должен падать на ядро потому что это запрещено принципом неопределенности Гейзенберга. Если бы электрон оказался прямо на ядре, мы бы точно знали и его координату, и импульс (он был бы нулевой). Это противоречит принципу неопределенности. Поэтому электрон физически не может туда упасть.
Это другой способ объяснить ту же самую стабильность, без слова "орбита" вообще.
помню как сдавал этот билет, преподаватель спросил именно "назовите главное противоречие" и правильный ответ был про потерю энергии при ускоренном движении. главное запомнить формулировку: ускоренный заряд излучает. это аксиома классической физики которая ломает всю планетарную модель
Всё правильно написали, только хочу уточнить: строго говоря, парадоксов там два. Один - про стабильность (электрон должен падать). Второй - про дискретность спектров. Атомы излучают не непрерывный спектр, а строго определенные линии. Классика не могла объяснить и это тоже. Бор с постулатами закрыл оба сразу.
Огромное спасибо! Теперь понятно что отвечать на экзамене. Про центростремительное ускорение - это ключевое, я не догадывалась что проблема именно там.