Три глупых вопроса

[Jarro]

Имею смелости спросить у форума три неумных вопроса..

 

1. Есть-ли какой-либо сборник цифровых анимаций (либо понятных всем, но в большей степени научных 'поэтапных' рисунков) физико-химических явлений в пикометрических масштабах ? (например, как переходят из разных электр. слоев в другие электроны в таком-то атоме при возбуждении светом, как происходит растворение, допустим, NaCl в H2O, как образуются и существуют комплексы, двойные соли и т.д. и т.п.). Вроде таких видео в интернете довольно много, но найти именно группу схожих по стилю и даже дизайну(чтобы миновать неточности) и обладающих информацией, не предназначенной для людей совсем далеких от наук (чтобы избежать казуальностей и обрести какие-либо настоящие знания после просмотра) довольно затруднительно. Конечно, можно об этом всём найти в книжках и интернет-статьях (что я и делаю и пытаюсь делать), но я уверен, что если увидеть реалистичную реализацию физических явлений и процессов в графике будет куда понятнее, яснее и даже интересней !

2. Хочу спросить про фотоны. Как так получается, что возбужденные электроны, переходя из одних энерг. уровней в другие, испускают Электро-магнитные волны ? Как так получается, что материя через кинетическую(?) энергию генерирует поля, при этом оставаясь в том-же состоянии ? (т.е. был электрон, выпустил фотон, тот же электрон остался и не исчез)

3. Про телескопы. Нигде не могу найти информацию о том, почему же ни одна из построенных человеком конструкций не может заснять планеты вне Солнечной Системы ? Галактики на миллиардах световых лет эти люди все снимают и не прекращают, а вот заснять две Альфа-Центавры - не могут ?!

Изменено 17 Октября, 2011 в 14:38 пользователем Jarro

[Gall]

1. Сам ищу...

 

2. Очень интересный вопрос, и очень глубокий. За ним тащится вся квантовая механика... Попробую объяснить на пальцах.

 

Начнем с того, что электрон вовсе не "шарик" и не сидит на "орбите" как таковой. В физике/химии для этого есть термин "орбиталь". Электрон представляет собой большой (размером почти с весь атом) размазанный "комок"-волну, который может менять размеры и форму. Именно это изменение и называется переходом с уровня на уровень. Этот "комок" постоянно колеблется во времени (это аналог движения по орбите), но колебания остаются строго определенными. Они зависят от энергии электрона. Не в последнюю очередь определенность колебаний связана с тем, что электрон постоянно обменивается фотонами сам с собой и с ядром атома. Так, в виде обмена фотонами, можно представить себе обычное электромагнитное поле, кулоновское притяжение.

 

Когда что-то заставляет электрон изменить энергию, обмен фотонами нарушается. В результате либо один фотон "убегает" из системы, не захваченный электроном обратно, либо наоборот, захватывается другой, просто пролетавший сквозь атом фотон. Это и есть излучение и поглощение.

 

Когда электрон просто летит в свободном пространстве (или в металле, когда идет ток), вокруг него тоже происходит постоянная "пляска" фотонов. Но в этом случае электрон не может просто поглотить обратно все фотоны, которые испустил, ведь он движется в одну сторону. То, что получается, называется "магнитное поле". Да-да, обычное магнитное поле, создаваемое током через проводник.

 

Это все лишь верхушка айсберга. Квантовая механика (вместе с квантовой теорией поля) очень велика. Она отвечает в той или иной мере вообще за все явления. На физическом факультете ВУЗа практически все время отводится на изучение разных аспектов квантовых явлений - в вакууме, в кристаллах, в металлах, в ядрах атомов, в жидкостях и газах... Это в общем-то и есть современная физика.

 

3. Экзопланеты в телескоп видны. Гораздо сложнее разглядеть их поверхность. Дело в том, что планета - очень маленький объект. Дальние звезды в телескоп видны просто как яркие точки, галактики - как скопления таких точек. Планеты обычно видны тоже как точки. Главные проблемы тут в волновой природе света.

[Jarro]

Ну вот. Я уже застопорился на первом абзаце -

электрон постоянно обменивается фотонами сам с собой и с ядром атома

 

А где он взял этот фотон ? Из внешней среды ?

 

Спасибо за ответы

Изменено 17 Октября, 2011 в 15:08 пользователем Jarro

[Gall]

Ну вот. Я уже застопорился на первом абзаце -

 

 

А где он взял этот фотон ? Из внешней среды ?

 

Спасибо за ответы

Сам породил.

 

В квантовом мире закон сохранения вещества звучит немного не так, как мы привыкли. Там обязательно сохраняется энергия (в том числе энергия в виде массы покоя частиц, E=mc²), есть и другие законы сохранения, но вот общее количество частиц сохраняться вовсе не обязано. Фотон имеет нулевую массу покоя, вся его масса только в его энергии, ну и по другим характеристикам у него почти всюду нули. Это позволяет фотонам спокойно рождаться из ничего и исчезать в никуда при одном лишь условии - выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса. А тут они как раз сохраняются.

 

Ну не совсем "из ничего" и "в никуда", надо ведь законы сохранения соблюсти. Должно быть что-то, что передаст/отберет энергию/импульс/момент импульса. Но это может быть почти что угодно. Например электрон.

Изменено 17 Октября, 2011 в 15:21 пользователем Gall

[Дмитрий Л]

Заметьте как мы мало об этом знаем, и как трудно все объяснить на пальцах, а не на пальцах все становиться и вовсе уму не постижимо (ну среднему как у меня). По квантовой химии у меня помнится было отлично... многое из того что вы сейчас объяснили, я уже и забыл... а ведь это элементарные основы. Вот не сталкиваюсь с этим в жизни, и мозг спокойно выкидывает информацию. Жаль, иногда так нужно все это выкинутое.

[Gall]

Тут все еще хуже. Тут затронуты моменты, которые в рамках квантовой химии вообще не рассматриваются, и в квантовой механике обычно тоже. Я их проходил на квантовой теории поля, которую читали только физикам-теоретикам как спецкурс, причем на 5-м курсе. А сейчас вот вспоминаю, перевожу с языка формул и диаграмм Фейнмана на разговорный... Надеюсь, получается.

[Gall]

Только что придумал еще одно описание на пальцах для энергетических переходов.

 

Энергия и материя - одно и то же. Электрон, как и фотон, состоит из материи. Когда электрон находится на какой-то орбитали и обладает какой-то энергией, он эту энергию-материю содержит в себе. Фотон, вылетающий при переходе электрона на более низкий уровень - это оторвавшийся от электрона кусок его материи-энергии. Электрон от этого становится немного "меньше" по размеру, менее "размазан" относительно ядра атома. При поглощении происходит обратный процесс.

 

Может, не очень корректно с точки зрения физики, зато без мистических рождений частиц.

[Дмитрий Л]

Значит электрон должен когданибудь кончится, если будет только испускать... есть такая вероятность?

[Gall]

Значит электрон должен когданибудь кончится, если будет только испускать... есть такая вероятность?

Так происходит, когда сталкиваются электрон и позитрон. В результате получается два-три фотона (в зависимости от спинов) - и все.

 

В обычной ситуации электрон не может излучиться до конца (мешает хотя бы закон сохранения заряда), он просто рано или поздно перестает излучать. В атоме это происходит, когда электрон занимает самый нижний из доступных уровней, ниже некуда. Свободно летящий электрон при каждом "успешном" излучении (когда фотон ушел наружу, а не поглотился обратно) будет тормозиться, пока не остановится. (Кажущийся парадокс с системами отсчета разрешается, если проследить детально процесс излучения и поглощения фотонов с учетом теории относительности).

[Jarro]

Сам породил.

 

В квантовом мире закон сохранения вещества звучит немного не так, как мы привыкли. Там обязательно сохраняется энергия (в том числе энергия в виде массы покоя частиц, E=mc2), есть и другие законы сохранения, но вот общее количество частиц сохраняться вовсе не обязано. Фотон имеет нулевую массу покоя, вся его масса только в его энергии, ну и по другим характеристикам у него почти всюду нули. Это позволяет фотонам спокойно рождаться из ничего и исчезать в никуда при одном лишь условии - выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса. А тут они как раз сохраняются.

 

Ну не совсем "из ничего" и "в никуда", надо ведь законы сохранения соблюсти. Должно быть что-то, что передаст/отберет энергию/импульс/момент импульса. Но это может быть почти что угодно. Например электрон.

 

блин. А это же невероятно !! спасибо !

Чую, за квантовой физикой еще человечеству предстоит собаку съесть..

 

 

И всё-таки, может кто находил интересные медиа-файлы/картинки поведения различных частиц в квантовой механики ? (а также в химических процессах)

Изменено 18 Октября, 2011 в 18:15 пользователем Jarro