Електронний кіт

Продовжуємо тролінг про заряд електрона. Отож, заряд електрона рівний одиниці у одиницях заряду електрона, ібо вимірювати його в якихось інших одиницях немає особливого сенсу :) Тролінг полягав у тому, що я не питав, про який електрон мова: якщо ми говоримо про абстрактний вільний електрон, на цьому можна зупинитися. Однак, якщо в полі зору з’являються інші заряджені частинки, крім величини заряду, слід брати до уваги щось, що називають знаком заряду.

Багато викладачів фізики догматично стверджують, що електрон має заряд –1, однак це лише умовність: нічого не заважає приписати електрону позитивний заряд (тоді в позитрона і протона буде негативний, ясен перець), і так часто роблять розробники софту для квантово-хімічних обчислень, ібо зручно. Головне при цьому, щоб рівняння, які ви використовуєте, коректно описували факт кулонівського притягання та відштовхування у заряджених частинок.

Крім заряда у електрона є спін. В нього нема макроскопічного аналога, це суто квантова фіча, тому не треба навіть спробувати уявити, шо це таке, все їдно* нічого не вийде. Це дуже фундаментальна фіча, яка визначає те, чи можете ви проходити крізь стіни, чи ні. Отож, ви не можете, тому, набухавшись, обіймаєтесь з асфальтом, який боляче б’є вас принципом Паулі по голові. Отож, блять, електрон може мати два значення спіну, яке умовно позначають +1/2 та –1/2. Ну, або ще іноді називають це «спін догори» та «спін донизу», це не так важливо, бо цей абстрактний знак — те, що дозволяє двом електронам знаходитися на тій самій орбіталі. Інакше попиздяться і розлетяться.

Так от, якщо ви все ще це читаєте, переходимо до, власне, тролінгу. Отож, ми маємо атом водню, в якого є один електрон на орбіталі 1s. Який у нього спін? Квантова механіка не дає однозначної відповіді на це питання: спін може бути або +1/2, або –1/2, з однаковою ймовірністю. А який у цього електрона заряд? Ну як же, скажете ви, одиниця заряд, або мінус одиниця, якщо вже хочеться. Отже, електрон може бути в стані (–1, 1/2) або (–1, –1/2), і дізнатися точно про це можна лише після вимірювання. Так само, як із котом Шрьодінґера, нє? І тут починається найцікавіше: річ у тім, що сума (суперпозиція) цих станів теж є одним з можливих станів електрона! Отож, пів-електрона має спін +1/2, а друга половина електрона має спін –1/2. Ну а оскільки електрон — це не яблуко, а щось на кшалт хмари, то маємо де факто два електрона на орбіталі 1s, кожен з яких має заряд 0.5! Усвідомлення цього факту набагато більше шокує, ніж якийсь там кіт.

Наступне питання, яке має виникнути після цього — а який заряд електрона в молекулі водню?

*авторське право на вираз «все їдно» належить thepiktor-ові.