Elektronlar neden pozitif yüklü çekirdeğe düşmüyor? Evrendeki her şey çok akıllıca tasarlanmış
Güncel popüler teorilerde, atomlar genellikle elektronların gezegenler gibi merkezi çekirdek etrafında döndüğü minyatür bir güneş sistemi olarak tasvir edilir, ancak bu fikir ilk ortaya atıldığında, insanlar bu konuda paniğe kapıldılar.
Dünya her yıl güneşin etrafında döner Bu tür şeyler 4 milyar yıldan fazladır devam ediyor ve hiç kırılmadı. Karşılaştırma olarak, bir hidrojen atomundaki elektronu düşünün: Merkezi proton etrafında ışık hızının yaklaşık% 1'i oranında dönüyor gibi görünüyor, bu da petaflopları bir saniyede döndürebiliyor. Başka bir deyişle: Saniyenin milyonda birinde, merkezi protonun etrafında dönen elektronların sayısı, tüm tarih boyunca dünyanın güneş etrafında dönme sayısının toplamını aşıyor. Bu görüş 20. yüzyılın başlarında ortaya çıktı.O zamanki teoriye göre, bu yüksek hızlı dönen elektron büyük miktarda elektromanyetik radyasyon yayacaktı, böylece elektrik çakmaktaşı arasındaki spiral bir yörüngede çekirdeğe düşecekti. Peki atom nasıl hayatta kalabilir ve her şey nasıl var olabilir?
Bu sorulara kuantum teorisi cevaplar sağlar. Bir atomun ölçeğine eşdeğer bir mikrometrenin milyonda birinden daha az bir mesafeyi düşünürsek, günlük birikmiş deneyimimiz tamamen yararsız olacaktır.
1900'de Planck insanlara ışık dalgalarının, foton adı verilen bariz bir enerji "paketi" veya enerji "kuantum" şeklinde yayıldığını gösterdi. 1905'te Einstein, ışığın uzaydan geçerken de bu "paket" şeklini koruyacağını öne sürdü. Bu, parçacıkların büyülü özelliklere sahip olduğuna inanan kuantum teorisinin tomurcuklanmasıdır. Burada veya orada değiller, ancak "büyük olasılıkla burada olacaklar, muhtemelen orada olmayacaklar." Kuantum mekaniğinde, olasılık kesinliğin yerini alır ve bu olasılık su dalgaları gibi aşağı yukarı yüzer. Bu görüşün ilk başarısı açıklamaktır. Atom neden hayatta kaldı ama çökmedi.
İşte beynin yaktığı yer geliyor, o halde düşüncelerimi deneyelim. Kuantum olasılık dalgaları, uzun bir ip üzerindeki dalgalanmalar olarak düşünülebilir. Bu uzun ip maskot gibi bir ilmeğe bağlanırsa, herhangi bir dalganın dalga boyu bu çevreye tam olarak uyacaktır. Bu daireyi bir saat yüzü olarak düşünün. Saat 12'de bir tepe ve saat 6'da bir vadi varsa, bir sonraki tepe saat 12 pozisyonuna denk gelecektir. Bununla birlikte, zirve saat 12'de ve çukur saat 5'te ise, bir sonraki tepe saat 10'da olacak ve saat 12 pozisyonunun dalganın altında kaotik olmasına neden olacak. 1912 yazında, Danimarkalı fizikçi Boll, atomik döngü boyunca elektronların olasılık dalgalarının da her daire ile tamamen tutarlı olması gerektiğini fark etti; elektronlar istedikleri yere gidemez, ancak yalnızca doğru olan dalga boylarında Eşleşen yolda. Bu, belirli bir düşük enerjili yörüngedeki elektronların enerji yaymayacağını (dalga boyu değişmeyeceğini), özellikle de çekirdek içine bir spiral gibi düşerek nükleer yıkıma neden olamayacaklarını ve atomun kararlı olduğunu gösterir.
Bu kuantum dalgaları aynı zamanda insanlığı 200 yıldır rahatsız eden bir bilmeceyi de açıklıyor: atomik spektroskopi olgusu. Nispeten konuşmak gerekirse, insanların atomların içinden yayılan ışığı keşfetmesi ve bu ışıkların benzersiz spektrumunu yeniden üretmesi daha kolaydır. Bunu yapmak için, sadece sodyum gibi bazı elementleri bir alev üzerinde yakmanız ve ardından ışığı bir prizma veya kırınım ızgarası aracılığıyla gözlemlemeniz gerekir (ışığın içindeki farklı renkleri ayırabilirler). Bir dizi parlak çizgi içerdiğini göreceksiniz. Sodyum için, özellikle güçlü iki turuncu-sarı çizgi içerecek ve şimdi yaygın olarak kullandığımız sodyum bazlı sokak lambalarının yaydığı sarı ışık bundan geliyor. Benzer şekilde, cıva buharlı lambalar mavi-yeşil ışık yayar ve birçok yıldız fotoğrafında görülen pembe ışık, hidrojenin uzak kızılötesi uçta görünür ışık yayma eğiliminde olmasıdır. Bu güzel renk modellerinin ortaya çıkmasına ne sebep oldu? Farklı elementlerin renkleri neden farklı? Artık atomların içindeki elektronların kuantum geçişinden kaynaklandıklarını biliyoruz.
Sadece elektronlar bir yörüngeden diğerine hareket ettiklerinde ışık yayarlar. İlk yörünge yalnızca yüksek enerjili elektronları barındırabilirse ve bu elektron düşük enerjili bir yörüngeye dönerse, iki yörünge arasındaki enerji farkı fotonlar olarak yayılacaktır. Sistemin toplam enerjisi aynı kalır, yalnızca yeniden dağıtılır. Bu nedenle, yayılan fotonlar yalnızca belirli kesintili enerjilere sahip olabilir ve bu enerjiler elektronların yapabileceği belirli geçişler tarafından belirlenir.
Foton enerjisinin süreksizliği (ayrıklığı) gözümüze farklı renkler olarak görünür. Sonuç, farklı elementlerin yaydığı ışığın renk spektrumunun farklı olmasıdır. Böylece, spektrum olayını uzaydan analiz ederek, evrenin her yerinde ne tür atomlar olduğunu bilebiliriz.
