W wątku "Biologiczne mechanizmy molekularne. Koniec ewolucji" pilaster i danbog przeprowadzając wymianę długaśnych postów pełnych offtopów postanowili poruszyć też kwestię elektronu w atomie i pytanie "Czy elektron krąży dookoła jądra". Postaram się, jako zajmujący się fizyka kwantowo zawodowo, przedstawić "oficjalny" punkt widzenia.

Nie jest tak, że tzw. "korpuskularno-falowa natura" materii oznacza posiadanie przez materię dwóch odrębnych aspektów, korpuskularnego i falowego. Są to jedynie dwa różne opisy opisy np. elektronu. Opisy, trzeba zaznaczyć, przybliżone. W niektórych sytuacjach lepsze jest przybliżenie korpuskularne (np. w przypadku elektronu swobodnego - w promieniowaniu kosmicznym, promieniowaniu beta itp.), w innych - falowe (np. do opisu elektronu w atomie). Istnieją zresztą też inne przybliżenia, zwłaszcza gdy opisujemy układ zawierający wiele elektronów, np. metal lub półprzewodnik (wtedy używa się modelu pasmowego w którym poszczególne elektrony nie są traktowane ani jak klasyczne cząstki, ani jak fale). Istnieje jednak jeden spójny opis, który opisuje poprawnie zachowanie elektronu we wszystkich znanych sytuacjach, i redukuje się do powyższych w określonych przypadkach. Jest to opis kwantowej teorii pola, wykorzystujący tzw. drugą kwantyzację.

Mówiłem o opisie przybliżonym, ale oznacza to tyle, że wartości pewnych mierzalnych wielkości wynikające z modelu są zbliżone do wartości rzeczywistych. I tak wartości energii wyliczone z modelu Bohra są pewnym przybliżeniem prawdziwych wartości, ale jego założenie "elektron krąży dookoła jądra" nie jest jakimś przybliżeniem prawdy. Model Bohra jest przykładem, gdy z z błędnych założeń otrzymujemy poprawne (w miarę) wnioski.

W pełnym opisie podstawowym pojęciem jest stan kwantowy, pierwotnym nawet w stosunku do pojęć "elektron" itp. Stan kwantowy może zawierać cząstki (zdefiniowane jako kwanty materii), ale nie musi być ich określona liczba. Podobnie jak w przypadku schroedingerowskiego kota możliwa jest stan będący superpozycją stanów o różnych ilościach cząstek (jest tak np. w przypadku rozpadu cząstek - stan kwantowy jest superpozycją sytuacji, gdy mamy jedną cząstkę początkową i sytuacji, gdy mamy wiele produktów rozpadu). Tym niemniej można wyróżnić stany o określonej ilości cząstek, w szczególności stany jednocząstkowe.

W przypadku stanów jednocząstkowych można zdefiniować o funkcję falową tej cząstki. Dobrze znane jest stwierdzenie, że określa ona prawdopodobieństwo znalezienia atomu w danym punkcie przestrzeni. Błędna jest natomiast podążająca za nim interpretacja, że zatem elektron znajduje się w jakimś nieznanym punkcie przestrzeni - elektron znajduje się w pewnym stanie, który wypełnia całą przestrzeń, a funkcja falowa nie tyle opisuje stan rzeczywisty, co możliwe wyniki eksperymentu przeprowadzonego na tym stanie. Podobnie jest z pędem, można pytać się o prawdopodobieństwo zmierzenia określonego pędu cząstki.

Owszem, istnieją stany, w którym funkcja falowa jest skupiona w jednym punkcie. W takim przypadku można mówić, że cząstka ma określone położenie. Są też stany, w których cząstka ma określony pęd. Nie ma jednak stanu, w którym określone są jednocześnie położenie i pęd, i o tym mówi zasada nieoznaczoności. Niezależnie w jakim stanie cząstka by się nie znajdowała, albo nie będzie w żadnym określonym punkcie, albo nie będzie miała żadnego określonego pędu. I nie jest to jedynie kwestia naszej (nie)wiedzy, bo także inne cząstki oddziałują, z taką "rozmytą" sytuacją. Gdyby to była jedynie kwestia naszej niewiedzy, nadal spełnione byłyby tzw. nierówności Bella, a doświadczenie wykazało ich łamanie.

W przypadku elektronu w atomie często używa się przybliżenia jednocząstkowego. Jest to przybliżenie, gdyż w przypadku obecności w układzie wielu identycznych cząstek, poprawny jest opis przez stan wielocząstkowy i złożoną funkcję falową wielu cząstek). Tym niemniej daje w prostych przypadkach w miarę poprawne rezultaty. Rozmiary atomu uniemożliwiają nam jednak zaniedbanie falowości elektronu. Stan elektronu w atomie daleki jest o stanu o określonym położeniu lub pędzie, i opis korpuskularny, przypisujący cząstce jakieś konkretne ich wartości, w żaden sposób nie będzie odzwierciedlał sytuacji rzeczywistej. Jedyny sensowny opis elektronu w atomie to przez funkcje falową. O żadnym krążeniu nie ma mowy, stan jest statyczny.

Jest jeden wyjątek: elektrony mocno wzbudzone, na bardzo odległych orbitach. W takim przypadku można znaleźć taką funkcję falową opisującą stan elektronu w atomie, że będzie skoncentrowana wzdłuż orbity z modelu Bohra. W tym przypadku pęd elektronu wzdłuż tej orbity staje się dobrze określony i można mówić, że elektron krąży dookoła jądra. Trzeba jednak pamiętać, że funkcja falowa jego położenia, choć skoncentrowana w określonej płaszczyźnie i odległości od jadra, jest rozmyta wzdłuż całej orbity - jest to cena której zasada nieoznaczoności wymaga za określenie konkretnej wartości pędu. Nie mamy więc do czynienia z cząstką obiegająca jądro, ale z chmurą elektronową w kształcie orbity, która obraca się dookoła.

Podsumowując, model Bohra, który uczony jest w szkole średniej jest fałszywy. W atomie w stanie podstawowym elektrony nie obiegają jądra. Elektrony znajdują się na orbitalach dookoła jądra i są to stany statyczne. Kształty tych orbitali wykluczają jakiekolwiek okrążanie jądra przez elektron o nieoznaczonym położeniu i prędkości. W pewnym sensie przypadkiem model Bohra daje jednak prawidłowe wartości energii odpowiednich poziomów energetycznych. Mamy tu do czynienia z poprawnym wnioskiem z niewłaściwych założeń.

Żeby tylko Bohra. W szkole nauczają nawet nie modelu Bohra, ale planetranego - Rutheforda

No ale dla danboga to przecież wszystko "kłamstwa", bo filozi twierdzą co innego.

Model Rutherforda mówi, że w centrum atomu znajduje się małe, ciężkie jadro, a elektrony znajdują się po nim, w pozostałej części objętości atomu. I to się zgadza. Owszem, mówi się o orbitach elektronów (że są) ale nie można w tym modelu wyliczyć ich promieni i energii. Zasadę kwantowania momentu pędu, pozwalającą to osiągnąć, wprowadził do modelu Bohr. Model Bohra też jest modelem planetarnym, tylko z dodatkowymi postulatami.

W wątku "KREACJONIZM EWOLUCYJNY, A TEORIA EWOLUCJI" rozwinęła się dyskusja o sensowności nazywania czasu czwartym wymiarem.

Żeby zidentyfikować dane zdarzenie trzeba podać jego miejsce i czas; nie wystarczy podać jego miejsca, gdyż w danym miejscu może kolejno zachodzić wiele zdarzeń. Żeby w sposób niepozostawiający wątpliwości stwierdzić, które zdarzenie mamy na myśli, TRZEBA podać jego trzy współrzędne przestrzenne i jedną czasową, umiejscawiające go w czasoprzestrzeni. Jest to jeden z powodów, dla których czas jest nazywany czwartym wymiarem.

Nie ma potrzeby podawać temperatury czy ciśnienia w tym zdarzeniu. Zarówno temperatura, jak i ciśnienie, jak i gęstość materii, jak i wielkość pola elektromagnetycznego itd. są funkcjami zarówno przestrzeni i czasu - zmieniają się zarówno przy przejściu od jednego punktu do drugiego, jak i od jednej chwili do innej.

Drugi z powodów: w sytuacji, gdy uznamy że areną zdarzeń we wszechświecie jest czterowymiarowa czasoprzestrzeń, prawa fizyki dają się opisać w sposób ukazujący symetrię pomiędzy przestrzenią i czasem. Dokładny opis tej symetrii wymaga znajomości pewnych pojęć wyższej matematyki. Zainteresowanych proszę o kontakt.

Nie ma potrzeby mówić, że nie ma śladów podobnej symetrii między przestrzenia a jakąkolwiek inną wielkością fizyczną.

Spór dotyczy wymiarów, a nie zdarzeń , bo do takowych potrzebny jest czas. Sama przestrzeń jest trójwymiarowa niezależnie od tego czy staramy się w niej dostrzec zdarzenia czy cokolwiek innego

Wymiary to sposób opisu areny zdarzeń. Która jest czasoprzestrzenią.

Owszem, przestrzeń ma 3 wymiary (w każdym razie 3 makroskopowe). Ale wymiarów w fizyce nadal jest przynajmniej 4. Fizyka wszak zajmuje się opisem zjawisk, zdarzeń. Do których pełnej identyfikacji potrzeba zarówno miejsca jak i czasu.

Do identyfikacji zdarzeń potrzebne jest miejsce jak i czas. Jednak spór nie dotyczy identyfikacji zdarzeń, tylko wymiarów w przestrzeni, a tych jak słusznie zauważyłeś jest trzy. Czas jest potrzebny do opisu przebiegu zdarzeń w trójwymiarowej przestrzeni, jednak sama przestrzeń i obiekty pozostają trójwymiarowe niezależnie jakich dodatkowych parametrów użyjemy do ich opisu.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Czas#Koncepcje_czasu

Według mnie nie chodziło o wymiary przestrzeni, tylko o wymiary w fizyce. Sam w pewnym momencie wspominałeś temperaturę i ciśnienie, jako niby równie uprawnione do pozycji wymiaru co czas, a te przecież z przestrzenią nie maja nic wspólnego.

W fizycznym opisie rzeczywistości używa się czterech wymiarów: 3 wymiarów przestrzennych i jednego czasowego.

Temperatura i ciśnienie może nie równie , ale uprawnione. Jednak błędem jest zaliczanie tych wielkości do wymiarów , bo są to wielkości fizyczne opisujące wymiary , a nie same wymiary. Podobnie jak czas nie jest samym wymiarem, a jedynie opisuje kolejność zdarzeń trójwymiarowych obiektów w trójwymiarowej przestrzeni.

W fizyce klasycznej używa się trzech wymiarów, a czas
jest samodzielną wielkością niezależną od innych wielkości. Jest to napisane czarno na białym :

http://pl.wikipedia.org/wiki/Czas#Koncepcje_czasu

Interwał czasoprzestrzenny

W teorii względności czas oraz przestrzeń są ze sobą związane. Zauważyć można to z przekształceń Lorentza. Pomimo tego, iż w zależności od układu odniesienia zmierzone przedziały czasowe oraz odległości ulegają zmianie, jest pewien niezmiennik. Nazywa się on interwał czasoprzestrzenny oraz jego własność charakterystyczna zwie się niezmienniczością interwału. Posiada on formę :

s2 =(x2 + y2 + z2 - ct2)

Wymiarem w fizyce nazywamy wielkość fizyczną będącą współrzędną opisującą arenę zdarzeń. I czas spełnia ten warunek. Także w mechanice klasycznej.

W mechanice klasycznej też można mówić o czasoprzestrzeni. http://pl.wikipedia.org/wiki/Czasoprzes ... klasycznej I liczba wymiarów tej czasoprzestrzeni też jest równa 4.

Inną sprawą jest, że gdy mówimy o liczbie wymiarów świata fizycznego, należy opierać się na najlepszych dostępnych jej modelach. A do tych mechanika nierelatywistyczna nie należy.

Jeżeli mówimy o wymiarach, potrzeba wyjaśnić o wymiarach czego mówimy. Jeśli mówimy o wymiarach przestrzeni mamy 3. Wymiarów płaszczyzny jest 2. Przestrzeń stanów kwantowych układu N qubitów ma 2^N wymiarów. Świat w którym żyjemy ma 4 wymiary.

Przekształcenia Lorentza są właśnie wyrazem tej symetrii między czasem a przestrzenią.

A we wzorze na interwał masz mały błąd. Powinno być np.
s² = x² + y² + z² - c²t²

Chciałbym na dodatek zauważyć, że także mechanice klasycznej i nierelatywistycznej czasoprzestrzeni mamy pełniące analogiczną rolę przekształcenia Galileusza i zwykłą odległość s² = x² + y² + z².

Dziękuję.

Ze smutkiem zauważam , ża zniknął post Wiecznego studenta przybliżający problematykę natury cząstek elementarnych , odnoszący się do zagadnienia natury elektronu .

Jeśli Wieczny student zechciałby jeszcze raz podjąć tród edukacjii uprzejmie proszę o powtórne wyłożenie tego zagadnienia , ze szczególnym uwzględnieniem nierówności Bella [ do której wszystko się sprowadza ] .

Nie pamiętam, o który post chodzi, ale odniosę sie do zagadnień które wspominasz.

Znane jest hasło, że cząstki mają naturę korpuskularno-falową. A oznacza to tyle, że czasem zachowują się jak klasyczne cząstki, a czasem jak klasyczne fale. Klasyczne cząstki, czyli jak zwarte, punktowe lub bardzo małe obiekty materialne, w zachowaniu identyczne jak makroskopowe obiekty typu piłka tenisowa. Klasyczne fale - jak makroskopowe fale radiowe, opisywane przez pewne falujące pole przyjmujące wartości ciągłe.

Zachowanie cząstkowe łatwo sobie wyobrazić. Tak zwykle opisuje się reakcje jądrowe, promieniowanie jonizujące, czy eksperymenty w akceleratorach. W artykułach popularno-naukowych obrazuje tak się także wiele innych procesów, choć często są to procesy, które do otrzymania miarodajnych wyników wymagają podejścia falowego. Podejście to pozwala zwizualizować, efekty różnych procesów, ale tylko w odniesieniu do prędkości cząstek, nie ich położeń.

Podejście falowe ma dwa aspekty. jeden: to opis makroskopowy, opis wielkiej ilości cząstek na raz. Można wtedy pokazać, że da się je opisać je za pomocą klasycznego pola, przynajmniej jeżeli są tzw. bozonami (jak fotony). Wielką ilość cząstek innego rodzaju, fermionów opisuje się raczej modelem pasmowym (np. elektrony w metalu lub półprzewodnikach).

Drugie zastosowanie podejścia falowego to w przypadku, gdy chcemy rozważać położenie cząstki w przestrzeni (np. budowa atomu). Używa się wtedy tzw. funkcji falowej. Funkcja ta nie jest jednak jakimś obiektywnym falującym polem fizycznym, ale opisuje prawdopodobieństwo, że szukając cząstki w danym obszarze, znajdziemy ją tam. Kwantowa natura cząstek uniemożliwia bowiem pewne wyznaczenie jej położenia.

Niektórzy sadzą, że jest to ograniczenie naszego poznania. Że cząstki naprawdę znajdują się w jakimś określonym miejscu, i zgodnie z tym się zachowują, a jedynie do nas docierają niepełne informacje zmuszające nas do probabilistycznego opisu. Hipoteza ta znana jest pod pojęciem hipotezy zmiennych ukrytych - że są jakieś niedostępne człowiekowi ukryte wielkości, które determinują zachowanie cząstki, choć człowiek nie może go poznać.

Okazuje się jednak, że gdyby to ukryte właściwości w deterministyczny sposób rządziły zjawiskami kwantowymi, korelacje między tymi zdarzeniami (częstości jednoczesnego zachodzenia pewnych zjawisk) byłyby inne niż obserwowane. Można to wykazać matematycznym dowodem, do którego znajomość owych ukrytych zmiennych okazuje się być zbędna. Okazuje się, że w "świecie zmiennych ukrytych" spełnione byłyby tzw. nierówności Bella, których łamanie zaobserwowano doświadczalnie. http://pl.wikipedia.org/wiki/Twierdzenie_Bella

Wniosek z tego jest taki, że materia ma w swoja naturę wpisaną niepewność odnośnie takich wielkości jak położenie, pęd (związany z prędkością), czy energia. Albo patrząc od drugiej strony, można powiedzieć, że to te wielkości, wyniesione z klasycznego obrazu świata, nie są dostosowane do świata kwantowego.

Kwantowy opis, pełny opis cząstki operuje pojęciem stanu kwantowego. Może się zdarzyć np. że cząstka znajduje się dokładnie w stanie podstawowym atomu wodoru. Nie znajduje się jednak w żadnym konkretnym miejscu ani nie ma żadnej konkretnej prędkości. Funkcja falowa tego stanu wyznacza kształt orbitalu atomowego. I sprawdzając ten obszar mamy największe prawdopodobieństwo znalezienia w nim cząstki, co jednak w przypadku pozytywnego wyniku nie oznacza, ze cząstka była w jakimś punkcie tego obszaru. Była wcześniej w stanie o nieokreślonym położeniu (pomiar zaburza badany stan, więc ciężko powiedzieć, w jakim stanie będzie później).

Sprawa jeszcze się komplikuje, gdy uwzględnimy efekty relatywistyczne, nierozróżnialność cząstek i procesy kreacji oraz anihilacji cząstek. Do tego potrzebna jest tzw. kwantowa teoria pola.