لماذا يدور الإلكترون حول النواة في مدار ثابت؟

هناك الكثير من الأبحاث بين الطلاب والطالبات في المراحل المتقدمة من دراستهم للإجابة على السؤال “لماذا يدور الإلكترون حول النواة في مدار ثابت؟” بعد أن قاموا بتشكيل صورة أشمل لمفاهيم وقوانين الفيزياء ، وهذا السؤال هو أحد تلك الأسئلة والتساؤلات ، ما سبب دوران الإلكترون حول النواة في مدار ثابت؟

تقول نظرية رذرفورد عن بنية الذرة ، والتي يعود تاريخها إلى عام 1911: إن الذرة تشبه في هيكلها النظام الشمسي. يتكون من نواة في المركز (مثل الشمس) تدور حولها الإلكترونات (مثل الكواكب) تحت تأثير قوتين متساويتين ومتعاكستين: القوة الكهرومغناطيسية التي تجذب الإلكترونات نحو النواة وقوة “الطرد المركزي” (الناتجة عن سرعة دوران الإلكترونات حول النواة) مما يعمل على إبعادها عن النواة. تجعل النواة تدور في حركة دائرية حول النواة. ومع ذلك ، تكمن نقطة الضعف في هذا النموذج في عدم استقرار سرعة الإلكترونات ، والتي يمكن أن تؤدي ، إذا تباطأت الإلكترونات ، إلى السقوط في النواة. وبالتالي ، فإن نموذج رذرفورد ليس كافيًا لشرح البنية الحقيقية للذرة لأنه يعتمد على الفيزياء الكلاسيكية فقط ولا يأخذ في الاعتبار بقية الظواهر الكمومية لأن سرعة الإلكترونات وطاقتها ومداراتها تعتبر خصائص كمومية.

في عام 1913 ، اقترح الفيزيائي نيلز بور نموذجًا جديدًا للذرة ، حيث قال إن الإلكترونات تدور وفقًا لمدارات دائرية ذات طاقات كمومية منفصلة ، بمعنى آخر ، أن كل مدار يميز مستوى طاقة معينًا. ومع ذلك ، فإن الحديث هنا عن المدارات (مسار الإلكترون) يتطلب معرفة موضع الإلكترون في كل لحظة ، وهو أمر مستحيل تمامًا ، حيث إنه من الممكن فقط تحديد المساحة التي يمكن أن يتواجد فيها الإلكترون حول ذرة واحدة. عند مستوى طاقة معين ، وهو ما يسمى بالسحابة الإلكترونية التي اقترحها للعالم Arvin Schrödinger في عام 1926.

إذا كان الإلكترون يدور حول النواة في مسار دائري ، فسوف يشع أيضًا طاقة باستمرار. لكن الذرة نفسها لا تشع طاقة بشكل مستمر! لذلك ، فإن الإلكترونات لا تدور حول النواة. ماذا يحصل؟