La causa del movimento degli elettroni attorno al nucleo

[Shackle]

In questa pagina di Wikipedia , si trovano molti link a siti che parlano delle teorie, oggi maggiormente accreditate, sull'origine dell'universo , come la cosmologia inflazionaria.

Segnalo anche questo sito della NASA sull'argomento .

Questo è un corso introduttivo alla cosmologia inflazionaria , a livello "undergraduate" , come informa l'autore . Nella bibliografia , sono riportati link ad alcune pubblicazioni libere, per cui non c'è che da scegliere . Non so quanto il corso sia aggiornato.

LA cosa che maggiormente colpisce è che l'universo , su larga scala , è omogeneo ed isotropo . L' anisotropia del CMB è dell'ordine di $1/(10^5)$ . Ho letto, non ricordo dove , che è una anisotropia inferiore a quella di un foglio di carta A4 per stampante .

[milzar]

Per il fatto della gravità tra i pianeti è un miscuglio di leggi che fanno si che i corpi celesti in generale non collidano: i satelliti e i pianeti nel sistema solare a causa della conservazione del momento angolare e quindi si può dire che hanno ricevuto una spinta tangenziale (all'orbita ellittica che prendono) che rende stabile la traiettoria.
Per le galasse invece se ho capito bene queste sembrano non collidere, ma espandersi perché è lo spazio che si espande e quindi non è dovuta alla materia oscura, energia oscura o robe materiali?

Mettendo da parte la meccanica quantistica, regno della controintuitivitá, che va accettata senza chiedersi troppi perché (ad esempio si pensi al principio di indeterminazione di Hisemberg, sul quale non c'è univocitá di interpretazione neppure tra i fisici: alcuni lo formulano in modo più intuitivo, nella forma originaria di Hisemberg, che a me sembra più sensato, secondo cui non é possibile conoscere la posizione e la velocità di un elettore perché esso é talmente piccolo che il fascio di luce necessario ad osservarlo ne farebbe modificare la sua posizione; altri lo formulano in modo del tutto controintuitivo, nel senso che l'impossibilità di determinare posizione e velocità dell'elettrone è dovuta proprio a caratteristiche intrinseche dell'elettrone, il cui movimento all'interno dell'orbitale non potrebbe essere previsto proprio perché l"elettrone si muove in quel modo, a prescindere dal fatto che un fascio di luce lo osservi o non), credo che nel macrocosmo si possa fare un ragionamento più intuitivo, e chiedersi da cosa deriva il movimento di tutti i corpi celesti (non ce n'è uno solo che se ne sta buono e fermo), soprattutto alla luce di ciò che dice Vector sul big bang, secondo cui questo non sarebbe un'esplosione avvenuta "nello spazio" (di materia evidentemente) che avrebbe conferito velocità ai corpi nello spazio medesimo, velocità a sua volta necessaria ad evitare l'impatto dei corpi tra loro, che prima o poi avrebbero trovato un loro equilibrio, ma un'esplosione "dello spazio", il che solleva a maggior ragione l'interrogativo circa la causa che abbia dato vita al movimento dei corpi nello spazio, movimento a sua volta indispensabile all'equilibrio dell'universo, senza il quale la forza di gravità avrebbe la meglio, con inevitabile impatto dei corpi tra loro.

[Vulplasir]

Ecco un interessante articolo sulla cosmologia:

http://incomaemeglio.blogspot.it/2010/0 ... e.html?m=1

[Shackle]

Ecco un interessante articolo sulla cosmologia:

http://incomaemeglio.blogspot.it/2010/0 ... e.html?m=1

Cosmologia brematurata , come fosse antani.

[v3ct0r]

Secondo il principio di Heisenberg non è possibile conoscere la posizione esatta dell'elettrone intorno al nucleo, però si può sapere con quale probabilità l'elettrone si trovi in una certa posizione.

In realtà il motivo per cui non è possibile conoscere esattamente la posizione dell'elettrone è ancora più fondamentale: le autofunzioni dell'operatore posizione (cioè le funzioni d'onda a cui dovrebbero corrispondere valori ben definiti della posizione di una particella) non sono normalizzabili, cioè non possono rappresentare stati fisicamente realizzabili

Quello che hai descritto, comunque, non è il principio di indeterminazione di Heisenberg, ma l'interpretazione probabilistica della funzione d'onda.

Il principio di indeterminazione afferma che data una funzione d'onda $psi$ si ha $sigma_x sigma_p >= ħ/2$. Cioè, la distribuzione dei risultati delle misure di $x$ e $p$ (posizione e impulso), per la funzione d'onda $psi$, è tale che il prodotto delle deviazioni standard $sigma_x sigma_p$ sia limitato inferiormente da $ħ/2$.

In layman's terms: una funzione d'onda $psi(x)$ più "schiacciata" ha posizione meglio definita (la distribuzione di misure della posizione è molto localizzata) ma ha un impulso poco definito (la distribuzione di misure dell'impulso è molto dispersa). Una funzione d'onda $psi(x)$ più "allungata" ha impulso meglio definito, ma ha posizione poco definita

Questa probabilità è descritta da una funzione d'onda, cioè le equazioni di Schrodinger, che tirano fuori gli orbitali

Esatto, la funzione d'onda descrive il sistema. L'equazione di Schrodinger descrive l'evoluzione del sistema, tipo $F = ma$ in fisica classica.

Si può quindi dire che l'elettrone non cade nel nucleo perché la probabilità di caderci è 0 assoluto?

Non proprio. Ho messo tra virgolette la parola "cade", nel post precedente, perchè di fatto non ha senso dire che l'elettrone "cade". L'elettrone non è una biglia che può "precipitare" sul nucleo. La posizione di un elettrone, fino a quando non la misuri, è completamente indefinita: l'elettrone non sta da nessuna parte. L'interazione elettromagnetica tra nucleo ed elettrone non "tira" l'elettrone verso il nucleo, ma impone delle condizioni sulle configurazioni di energia che la funzione d'onda può assumere.

Queste configurazioni si chiamano autofunzioni dell'energia, o anche orbitali. E poichè i valori di energia corrispondenti sono discreti (ok, lo dico: quantizzati), il sistema atomico è legato e stabile. Ma questi orbitali non hanno niente a che vedere con le orbite degli oggetti classici. Tanto per capirci, la funzione d'onda di un elettrone può assumere valori non nulli entro il raggio medio nucleare. Ripeto, per maggiore chiarezza: l'elettrone può avere una probabilità diversa da zero di essere trovato dentro al nucleo.

ad esempio si pensi al principio di indeterminazione di Hisemberg, sul quale non c'è univocitá di interpretazione neppure tra i fisici: alcuni lo formulano in modo più intuitivo, nella forma originaria di Hisemberg, che a me sembra più sensato, secondo cui non é possibile conoscere la posizione e la velocità di un elettore perché esso é talmente piccolo che il fascio di luce necessario ad osservarlo ne farebbe modificare la sua posizione

Be', ma questo non è il principio di indeterminazione, è il cosiddetto "observer effect". Cioè, non è questione di interpretazione, sono proprio due cose diverse.

Non c'è nessun disaccordo tra i fisici sul significato del principio di indeterminazione all'interno dell'interpretazione minimale (quella di Born). Il disaccordo c'è eventualmente sull'interpretazione della meccanica quantistica (Copenaghen, Many Worlds, relazionale, etc.), ma questo è un problema filosofico, non fisico.


Off topic: ci tengo a ribadirlo, perchè parlare di astrofisica a spezzoni, parallelamente ad una discussione sugli atomi, significa che questo thread diventerà presto un delirio. Per sensibilizzarvi alla questione, metto in spoiler.

Testo nascosto, fai click qui per vederlo

il che solleva a maggior ragione l'interrogativo circa la causa che abbia dato vita al movimento dei corpi nello spazio, movimento a sua volta indispensabile all'equilibrio dell'universo, senza il quale la forza di gravità avrebbe la meglio, con inevitabile impatto dei corpi tra loro.

L'attuale configurazione dell'universo è il risultato di un insieme di fattori.

La gravità è l'interazione dominante su scala cosmica, e ad essa è dovuto gran parte del movimento. Ma in minor misura, entrano in gioco anche le altre interazioni, che sono responsabili della produzione di particelle ad alta energia, l'espulsione di materia da una stella negli stadi finali della sua evoluzione, l'esplosione di supernove, etc.

L'espansione stessa può influenzare le interazioni su grande scala, incrementando le distanze tra galassie, e tornando indietro nell'evoluzione dell'universo troviamo gli scenari di inflazione, discussi nei link postati da @Shackle (hai una riserva infinita di link ), che possono spiegare l'omogeneità e l'isotropia osservata.

Il problema nello studiare la dinamica dell'universo "a ritroso", è che ad un certo punto si arriva in una situazione in cui le attuali teorie di campo non sono sufficienti, perchè a $10^(-35)$ secondi dal big bang troviamo il disaccoppiamento tra interazione forte ed elettrodebole, che quindi in precedenza sono indistinguibili, ma il modello standard attualmente non le ha ancora unificate.

In ogni caso, l'universo è molto meno movimentato di quel che sembri. In un sistema di riferimento comovente, cioè solidale all'espansione, il movimento è dovuto essenzialmente ai moti locali delle galassie, che non sono poi troppo significativi su scala cosmica

Per le galasse invece se ho capito bene queste sembrano non collidere, ma espandersi perché è lo spazio che si espande e quindi non è dovuta alla materia oscura, energia oscura o robe materiali?

Le galassie non si espandono. Ogni galassia vede le altre allontanarsi radialmente da sè, a causa dell'espansione.

[milzar]

L'elettrone non è una biglia che può "precipitare" sul nucleo. La posizione di un elettrone, fino a quando non la misuri, è completamente indefinita: l'elettrone non sta da nessuna parte. L'interazione elettromagnetica tra nucleo ed elettrone non "tira" l'elettrone verso il nucleo, ma impone delle condizioni sulle configurazioni di energia che la funzione d'onda può assumere.

É proprio questo il punto: per quale motivo il nucleo non attrae l'elettrone, quando poi essi hanno carica elettrica opposta? Nella teoria quantistica la forza attrattiva elettrica che dovrebbe intercorrere tra nucleo ed elettroni viene completamente ignorata, perché?

[v3ct0r]

Ho risposto ad una domanda molto simile qui, qualche giorno fa: viewtopic.php?f=19&t=179464

Il fatto è che il nucleo e l'elettrone si attraggono solo se pensi che siano delle "biglie". Ma in realtà non lo sono. Sono onde di probabilità. L'interazione elettromagnetica, tra due onde di probabilità, non può essere pensata in termini di attrazione, perchè queste non hanno una posizione e una velocità ben definite. La teoria quantistica non ignora l'interazione elettromagnetica tra nucleo ed elettrone, semplicemente la inquadra in modo diverso dalla fisica classica. L'interazione non è più una forza (cioè un vettore) che tira o spinge, ma un hamiltoniano (cioè un operatore) che agisce sulle funzioni d'onda, ovvero modifica la normale evoluzione delle onde di probabilità.

Nel caso dell'interazione elettromagnetica tra un nucleo (anzi semplifichiamo: un protone) e un elettrone, le possibili evoluzioni che "escono fuori" dall'equazione di Schrodinger sono due: o il protone e l'elettrone formano un atomo, oppure l'elettrone viene diffuso (= deviato) e continua per la propria strada.

Volendo un immagine intuitiva, ecco una simulazione dell'atomo: https://www.youtube.com/watch?time_cont ... pJFJd0Zg-c

La reazione in cui un protone e un elettrone si "fondono" insieme (formando un neutrone), può comunque avvenire, e si chiama "cattura elettronica" $p + e^{-} -> n + nu$, ma non è un processo elettromagnetico, perchè l'equazione di Schrodinger con interazione puramente elettromagnetica non lo prevede. E' un processo mediato dall'interazione debole (e in effetti, non è troppo diverso dal decadimento beta, di cui si parlava nell'altro thread)

Weird, right? Beh, non tanto in fin dei conti. Il motivo è che c'è di mezzo un neutrino (e il neutrino deve esserci per forza, altrimenti il processo violerebbe la conservazione del numero leptonico), e quando c'è di mezzo un neutrino c'è sempre di mezzo l'interazione debole, è una sorta di firma.

In ogni caso è un processo estremamente raro, nella maggior parte degli atomi non avviene praticamente mai.

[milzar]

Ma come possono due cariche elettriche opposte non attirarsi?

Forse entra in gioco il fatto che l'elettrone, come il fotone, ha natura duale, cioè non é né una particella, né un'onda, ma entrambe le cose?

Solo così io mi riesco a spiegare il motivo per cui tra nucleo ed elettrone non c'è attrazione.

Cioè la natura duale dell'elettrone potrebbe essere la causa del differente operare dell'interazione elettromagnetica col nucleo, esplicantesi come una funzione d'onda, rispetto all'ipotesi in cui essa intercorre tra due corpi (o particelle) dotati di cariche elettriche opposte, che dá luogo invece ad attrazione.

[Weierstress]

Ma come possono due cariche elettriche opposte non attirarsi?

Il fatto è che il nucleo e l'elettrone si attraggono solo se pensi che siano delle "biglie". Ma in realtà non lo sono. Sono onde di probabilità. L'interazione elettromagnetica, tra due onde di probabilità, non può essere pensata in termini di attrazione, perchè queste non hanno una posizione e una velocità ben definite. La teoria quantistica non ignora l'interazione elettromagnetica tra nucleo ed elettrone, semplicemente la inquadra in modo diverso dalla fisica classica. L'interazione non è più una forza (cioè un vettore) che tira o spinge, ma un hamiltoniano (cioè un operatore) che agisce sulle funzioni d'onda, ovvero modifica la normale evoluzione delle onde di probabilità.

[milzar]

Si ma il nucleo non é un'onda di probabilità, avendo una massa enorme rispetto ell'elettrone.

Qui non si tratta di interazione tra due elettroni, ma di interazione tra nucleo (particella carica positivamente) e particella/onda (caricata negativamente), quindi non si tratta di interazione elettromagnetica tra due onde di probabilità, come dice Vector.