¿Existe realmente un estado estático, no están los electrones siempre en movimiento?

En el estado normal, los electrones ocupan una órbita de un nivel de energía particular. Sin embargo, requiere que esa cantidad de energía permanezca en órbita.

Los electrones pueden, y lo hacen, caer en el núcleo de su átomo (aunque estadísticamente, esto es extremadamente raro). Un ejemplo conocido de esto es en una estrella de neutrones. En esta circunstancia, la presión aplastante de la gravedad abruma la energía que mantiene el electrón en su órbita y lo aplasta contra los protones cercanos. El resultado es un neutrón donde una vez fue un protón y un electrón. Suma esto sobre todos los átomos en la estrella, y esencialmente te quedarás con un solo neutrón gigante: una estrella de neutrones.

En teoría, sí, podría existir un estado verdaderamente estático cuando toda la energía fuera eliminada de la existencia. Los electrones se combinarían con los protones y todo se convertiría en un paquete de neutrones. Además, todo sería eléctricamente neutro, y tampoco habría más energía electromagnética.

En realidad no. Crear tal estado requeriría un cambio total en la naturaleza (a menos que nos estemos enfocando solo en un solo átomo, o tal vez incluso más pequeño). Incluso cuando la captura de electrones ocurre en la naturaleza, es mucho más frecuente en átomos grandes e inestables. Por lo tanto, todavía hay muchas otras actividades que evitan que el estado sea estático.

Un “estado estático” sería un estado que no cambia con el tiempo, eso no significa que tenga algo que ver con que la partícula (un electrón en su caso) esté en reposo . Las órbitas de los electrones en un átomo son estados estáticos, por ejemplo (o “estados estacionarios”), pero el análogo clásico de estos estados no sería un electrón en reposo, sino algo así como un electrón moviéndose alrededor del núcleo en una trayectoria elíptica.

La cuestión es que una partícula cuántica puede estar en una superposición de múltiples posiciones de partículas a la vez. Si el análogo clásico de su sistema tiene órbitas periódicas, la versión cuántica tendrá estados propios de energía (que son estáticos, por lo que no cambian con el tiempo). Esos estados son siempre algún tipo de superposición de posiciones dentro del área en la que está unida la partícula. El estado fundamental del electrón en el átomo de hidrógeno, por ejemplo: es un estado propio, por lo que es estático, pero describe la partícula como superpuesta sobre un volumen esférico alrededor del protón con energía cinética que no se desvanece, por lo que no puede decir que describe un electrón “en reposo”.

TL; DR: siempre que el valor esperado de la energía cinética no sea cero, el estado describe algo que clásicamente sería una partícula en movimiento, incluso si es un estado estático .

Saludos, Silas