En el cero absoluto, ¿caen los electrones en el núcleo?

Esta es una pregunta bastante agradable y decididamente no trivial. Si los electrones y los núcleos se comportan como pequeñas partículas con velocidades bien definidas, tendrían que hacerlo, por lo que es una pregunta natural. Lo interesante es que los electrones y los núcleos no se comportan de esa manera. Los electrones se comportan como ondas, extendidas sobre una región alrededor del núcleo. La longitud de onda del electrón es proporcional a su momento (o velocidad). Para confinar el electrón a un espacio pequeño se requiere mezclar en longitudes de onda cortas, por lo que corresponde a energías de electrones más altas. Hay un equilibrio entre poner un electrón en un espacio más pequeño y darle más energía. El tamaño del átomo es el resultado de un equilibrio entre hacer que el electrón se extienda más pequeño (para reducir la energía potencial), que es la suposición detrás de su pregunta, y hacerlo más grande (para reducir la energía cinética).

Por la forma en que se comportan los electrones, también puede hacer sus preguntas como “En el cero absoluto, ¿los electrones se extienden lejos del núcleo?”

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Las soluciones canónicas como “Hidrógeno” de la ecuación de Schrodinger se aplican en realidad a las condiciones ideales de temperatura cero absoluta .

A temperaturas más altas, las vibraciones térmicas excitarán parcialmente a los electrones en estados de superposición, compuestos principalmente por el estado fundamental Hidrogénico, con una pequeña mezcla de estados Hidrogénicos más excitados. Algo vagamente como:

| Y> = 0.999 | 1S> + 0.001 | 2S> + 0.000001 | 2P>

Para ilustración no específica de la idea. Por lo tanto, en cualquier momento dado, existe una cierta superposición integral entre el electrón perturbado térmicamente y los estados excitados superiores de pleno derecho. Y así, siempre hay una probabilidad finita de transición a esos estados excitados superiores. Mientras tanto, en realidad trazar la densidad de probabilidad:

p (t) =

revelará la función de onda para que se parezca principalmente al estado fundamental esférico 1S, con algunos “movimientos” adicionales de aquí para allá. Y de vez en cuando algún electrón de valencia aleatorio podría “acumularse” en un estado excitado espacialmente más grande, antes de volver a caer y emitir energía que perturbe a otros átomos vecinos. Y así. Este “chapoteo” debido a los efectos de perturbación de las temperaturas térmicas finitas finalmente describe los “fonones”, aunque quizás otros podrían definirlo de manera más precisa.

Las soluciones de Schrodinger son estados propios 0K . Toda la “rareza cuántica” de las funciones de onda ya está presente en cero absoluto, y el ruido térmico hace que las cosas sean aún más emocionantes.

George Nixon

No. Si lo hicieran, su posición sería segura y el Principio de incertidumbre de Heisenberg se rompería. Entonces, en cero absoluto, los electrones mantienen una energía mínima requerida para mantener sus órbitas.