Hvorfor kolliderer elektron i brint ikke med proton?

Elektronen i et brintatom kolliderer ikke med protonen på grund af kvantemekanikkens love. I kvantemekanikken beskrives elektroner og protoner som bølgefunktioner, som er matematiske funktioner, der beskriver systemets tilstand. Bølgefunktionerne for elektroner og protoner er spredt ud over et område af rummet, og sandsynligheden for at finde en elektron eller en proton på et bestemt sted er givet ved kvadratet af bølgefunktionen.

Bølgefunktionerne for elektroner og protoner i et brintatom er sådan, at sandsynligheden for at finde en elektron på samme sted som en proton er meget lille. Dette skyldes, at elektronernes og protonernes bølgefunktioner har forskellige former, og de er også adskilt af et område af rummet kendt som "Bohr-radius". Bohr-radius er den gennemsnitlige afstand mellem elektronen og protonen i et brintatom.

Kvantemekanikkens love forhindrer også elektronen i at spiralere ind i protonen. Dette skyldes, at elektronen har en vis mængde vinkelmoment, som er et mål for dens rotation. Elektronens vinkelmomentum holder den i kredsløb omkring protonen.

I klassisk fysik ville en elektron spiral ind i protonen, fordi den konstant ville miste energi gennem elektromagnetisk stråling. Men i kvantemekanikken kan elektronen kun miste energi i diskrete mængder, kendt som kvanter. Mængden af ​​energi, som elektronen kan miste, bestemmes af forskellen mellem energiniveauerne i elektronens baner. Energiniveauerne i elektronens baner er kvantificeret, hvilket betyder, at de kun kan have bestemte værdier.

Det laveste energiniveau for elektronen i et brintatom er kendt som "grundtilstanden". Elektronen kan ikke miste energi og spiral ind i protonen, medmindre den har nok energi til at nå det næste energiniveau, som er kendt som den "exciterede tilstand". Den energi, der kræves for at excitere elektronen til næste energiniveau, er større end den energi, som elektronen kan miste gennem elektromagnetisk stråling. Det er derfor, at elektronen ikke spiraler ind i protonen.