Représenter les électrons

Jack

Représenter les électrons


Je pensais que l’électron est une particule en orbite autour du noyau, mais maintenant je sais que l’électron peut également être considéré comme une onde stationnaire.

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C’est un peu comme dire qu’une courbe est à la fois droite et circulaire.

J’ai aussi appris que si vous marquez la position du

p

électron au fil du temps, vous obtenez

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Donc

90%

du temps, l’électron est à l’intérieur de l’haltère. Je ne vois pas comment cela se rapporte à l’idée qu’un électron est une onde stationnaire!

Est-ce que quelqu’un comprend vraiment cela?

Réponses


 Anna v

Les électrons sont des particules élémentaires et sont donc des entités mécaniques quantiques. Lors de l’étude des électrons, il faut cesser de penser de façon classique, que ce soit les ondes classiques ou les particules classiques, et acquérir une intuition de la mécanique quantique basée sur les mathématiques de la QM.

QM nous dit qu’à chaque observable, comme la quantité de mouvement, la position et les autres quantités que nous avons définies macroscopiquement, correspond un operteur. Il s’agit d’un opérateur différentiel, la plupart du tempsx, agissant sur la fonction d’onde du système.

QM nous dit que la fonction d’onde du système au carré donne la probabilité de trouver la particule à l’étude à un (x, y, z) au temps t, et si la fonction d’onde est exploitée par l’un des opérateurs QM, elle donne la distribution de probabilité pour l’observable considéré.

Ces deux postulats sont essentiels pour interpréter les données avec les solutions des équations différentielles de type d’onde de QM. Les ondes ne sont pas des ondes d’énergie ou de matière comme avec l’eau ou le son. Ce sont des ondes de probabilité, c’est-à-dire que les distributions sont des distributions de probabilité. L’orbitale p que vous affichez est une distribution de probabilité pour trouver l’électron à ce point spatial. Les distributions de probabilité signifient la même chose classiquement et mécaniquement quantique. La distribution de probabilité pour lancer un dé serait une distribution plate. Pour les configurations QM, c’est plus compliqué, mais l’idée est la même: « quelle est la probabilité que les dés montent à six » et « quelle est la probabilité de présence de l’électron dans (x, y, z) » hors des distributions correspondantes.

L’interprétation des ondes stationnaires a été proposée avant que la mécanique quantique ne soit établie comme la théorie mathématique correcte pour les particules élémentaires, lorsque l’atome était considéré classiquement comme un système planétaire, l’atome de Bohr . Bien qu’il corresponde aux données, ce n’était pas une théorie, juste un modèle. La théorie de la QM explique à la fois la structure des atomes et les spectres et va beaucoup plus loin dans la description et la prédiction des comportements dans le microcosme. Il est déroutant de mélanger l’interprétation obsolète des atomes de Bohr avec l’interprétation QM, car elle est liée aux ondes classiques d’énergie et de matière et est un mauvais cadre. Ce sont les distributions de probabilité qui affichent des propriétés ondulatoires dans l’espace. Pas la masse ou l’énergie de la particule.


 Ben Richards

En réponse à votre dernière question, personne ne comprend cela et personne ne devrait prétendre le faire. Les êtres humains imaginent (ou modélisent) les électrons comme des points, des ondes, des cordes, des vibrations, etc., selon la façon dont nous les mesurons.

Pour illustrer cela encore plus, il apparaît parfois qu’une particule fondamentale peut être partout dans l’Univers, ou emprunter chaque chemin, en même temps!

Tout ce que l’on peut dire, c’est que l’on comprend comment appliquer la théorie actuelle, mais on ne peut jamais dire qu’une théorie particulière est «correcte», même si elle a le pouvoir de prédire. Nous pouvons seulement dire que cela correspond aux données. Par exemple, l’interprétation de Copenhague des phénomènes quantiques est extrêmement réussie, mais ce n’est qu’une interprétation.

Donc, nous pouvons penser à l’électron comme bon nous semble. À certains égards, le «pudding de prune» de Rutherford, les orbites et les coquilles de Bohr, etc. peuvent toujours être aussi utiles qu’un modèle de quelque chose que nous ne pouvons pas voir.

Je déteste travailler là-dessus, mais toutes les mathématiques sont de la modélisation abstraite. Cela fonctionne, mais nous ne savons pas pourquoi!

 

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