Hallo Skeptika,
. . . und wollte wissen, wie viel Platz ist eigentlich zwischen dem Atomkern und der Elektronenhülle.
nochmals zu deiner Frage, welchen Raum ein Atom einnimmt.
Man kann mit einem sogenannten Ölfleckversuch einen klassischen Durchmesser eines Atoms definieren.
Er liegt in der Größenordnung von 10
-10m.
Eine exakte Bestimmung eines Atomdurchmessers ist nicht möglich und auch nicht sinnvoll, da es in der Quantenmechanik keine definierte Grenze hat.
Ähnlich verhält es sich mit dem Durchmesser eines Elektrons.
Man kann die elektrische Ladung eines Elektrons messen.
Er beträgt ca. 1,6 x 10
-19 As.
Die Oberfläche einer Kugel kann nicht beliebig stark elektrisch aufgeladen werden,
sondern besitzt eine maximale Ladungsdichte.
(Wenn alle Ladungen ausgerichtet sind ist der Eimer voll.)
Damit kann man, bei definierter Ladung des Elektrons, auf seine Oberfläche bzw. seines Durchmessers schließen.
Das heißt aber lediglich:
Wenn das Elektron eine klassische Kugel
wäre, dann
hätte es anhand seiner Ladung einen definierten Durchmesser.
Es ist aber keine klassische Kugel.
Was in der Regel angegeben wird, ist die Comptonwellenlänge massebehafteter Teilchen.
Sie gibt die Zunahme der Wellenlänge eines an ihm gestreuten Photons an.
Zitat von Skeptika:
Was hält das Elektron eigentlich auf Distanz? Gegenpolige Ladungen müssten sich doch anziehen und ausgleichen?
Nicht nur das.
Die den Atomkern umkreisenden Elektronen beim Bohr'schen Atommodell erfahren eine ständige Beschleunigung.
Kurvenfahrt bedeutet Beschleunigung.
Beschleunigte Ladungen geben Energie in Form von Photonen ab.
Bei Querschnittsveringerung eines stromdurchflossenen Leiters beschleunigen die Elektronen und der Leiter fängt an zu glühen.
Die den Atomkern umkreisenden Elektronen verlieren also permanent kinetische Energie und müssten auf den Atomkern fallen.
Am besten geht man mit dem Problem so um, wie Niels Bohr es selber tat:
Er legte sein von Rutherford übernommenes und von ihm weiterentwickeltes Atommodell nach kurzer Zeit ad acta.
Dass immer noch das Bohr'sche Atommodell in der Fachliteratur erscheint hat trotzdem seine Berechtigung.
Es lassen sich sehr anschaulich die diskreten Energieniveaus und vor allem die chemischen Eigenschaften darstellen.
Man sollte sich nur darüber im Klaren sein, dass das Modell kein Abbild der Natur ist, sondern mehr so etwas wie eine Balken- oder Tortengrafik.
Ein besseres Modell zum Verständnis eines Atoms, aber auch nur ein Modell, stellt das Orbitalmodell dar.
Die Wahrscheinlichkeitsdichte wird anhand einer Punktwolke visualisiert.
Im Inneren der Wolke liegen Punkte eng beieinander und bedeuten große Wahrscheinlichkeit, das Elektron zu messen. Weiter außen sind sie dann breiter gestreut.
Im Prinzip gibt es aber keine äußere Begrenzung, weil die Schrödingerwelle asymptotisch im Unendlichen gegen Null geht.
Statt dessen werden Isoflächen, Kugeloberflächen gleicher Wahrscheinlichkeit, gezeichnet, die durch willkürlich gewählte Konstanten eine Kugel mit definitem Durchmesser ergeben.
Oft werden die Konstanten so gewählt, dass ein Elektron mit einer Wahrscheinlichkeit von 90% innerhalb dieser Kugel gemessen werden kann.
Im einfachsten Fall, einem Wasserstoffatom, ergibt das eine Kugel.
Für andere Atome, je nach Anzahl der Elektronen bzw. Orbitale, ergeben sich mehrere kugel- oder auch ringförmige Konstellationen.
Zitat: Begriffe
Zitat von Skeptika:
Also ein und derselbe Begriff für zwei völlig unterschiedliche Dinge?
"Wir hängen in der Sprache"
waren Niels Bohr's Worte dazu.
Wenn ein Biologe ein neues Insekt entdeckt, so wird er es kaum Ameise oder Maikäfer nennen.
In der Physik ist das leider anders.
Auch wenn wir das Insekt mit einem bisher noch nicht verzeichneten Namen noch nie gesehen haben, so wissen wir doch, was ein Insekt ist.
In der Quantenmechanik haben wir es aber mit Phänomenen zu tun, zu denen es in der klassischen Mechanik nichts Vergleichbares gibt.
Ein gutes Beispiel ist der Spin in der Quantenmechanik.
Darunter versteht man im Allgemeinen einen Drehimpuls.
Da bei einer Messung auch der quantenmechanische Spin eine Ausrichtung im Raum zeigt, nannte man ihn unglücklicherweise, wie ich meine, ebenfalls Spin.
Es sollte aber klar sein, dass der Spin in der Quantenmechanik lediglich eine Observable, eine messbare Größe darstellt.
Es gibt weder in der klassischen Mechanik, noch in unserer Alltagserfahrung etwas Vergleichbares.
Zitat doppelspalt.
Zitat von Skeptika:
Das Doppelspalt-Experiment ist faszinierend! Die mir in Erinnerung gebliebene Erklärung für die unterschiedlichen Ergebnisse "einzelnes Teilchen vs. Strahl" begründet sich auf der Tatsache, dass wir zur Beobachtung eines Teilchens Photonen benötigen, die vom zu beobachteten Teilchen reflektiert werden müssen, um uns ein Bild zu liefern. Damit wird also Energie zum Zwecke der Beobachtung zugeführt, was dann das Ergebnis "verfälscht".
Bei einer einfachen Messung am Spalt ist das sicher der Fall.
Man kann aber z.B. durch Erzeugung verschränkter Teilchen den Weg, bzw. Welle oder Teilchen, wechselwirkungsfrei messen.
Bei Delayed-Choise-Experimenten kann sogar nach Abschluss eines Prozesses selbiger beeinflusst werden.
Man stellt also, nachdem ein Teilchen sich am Detektor zeigt, seinen Weg, linker oder rechter Spalt, fest.
Im weiteren Verlauf entsteht dann kein Interferenzmuster.
Da stellt sich dann die unphysikalische Frage: "woher weiß denn das Teilchen, ob im Nachhinein gemessen wird?"
Es reicht also scheinbar aus, Information über den Weg zu besitzen.
Information als Grundbaustein des Universums?
Es gibt mehrere Phänomene, die nur über Information schlüssig zu beschreiben sind.
In der Quantenmechanik stellen Ursache und Wirkung offensichtlich nicht immer eine zwangsläufige Reihenfolge dar.
Kann man das versehen?
Um das zu beantworten muss man sich wohl weitergehende auch philosophische Fragen stellen.
Neben den verschiedenen Interpretationen der Quantenmechanik, Kopenhagener, Everett, De Brooglie usw.
steht die Frage zur Disposition, was die Quantenmechanik überhaupt leistet.
Ist sie überhaupt eine Theorie der Natur, oder zeigt sie uns nur, was wir über die Natur wissen können?
Viele Physiker kümmern solche Fagen nicht: "shut up and calculate!"
Andere wiederum stellen sich auch solche philosophschen Fragen.
Für mich die Interessanteren Wissenschaftler!
mfg okotombrok
"Der Kopf ist rund, damit die Gedanken die Richtung wechseln können"
(Francis Picabia)
Bearbeitet von Okotombrok am 23.08.2022 um 00:29 Uhr.

