Если противоположные заряды притягиваются, почему электроны не врезаются в ядро?

То, что центробежная сила вращающегося электрона точно уравновешивает силу притяжения ядра, было предложено на основе модели атома Резерфорда, которая считала вращение электронов вокруг ядра аналогом вращения планет в нашей Солнечной системе.

Однако электрон, в отличие от планеты или спутника, электрически заряжен, и известно, что электрический заряд, подвергающийся ускорению, будет излучать электромагнитное излучение, теряя при этом энергию. Вращающийся электрон превратил бы атом в миниатюрную радиостанцию, выход энергии которой осуществлялся бы за счет потенциальной энергии электрона. Согласно классической механике, электрон просто упадет в ядро, и атом разрушится.

Вот тут-то и появляется квантовая физика

Вы должны понимать, что эти частицы не являются классическими частицами, а в действительности являются квантовыми полями. Они представляют собой волны со связанными с ними волновыми функциями и имеют определенные квантовые числа, которые описывают их свойства. Кроме того, их положения не являются детерминированными, а следуют распределениям вероятностей (и, чтобы усложнить ситуацию, их наделили еще и неопределенностями в силу принципа неопределенности), что, строго говоря, означает, что они не похожи на шары. А похожи на волны, распространяющиеся вокруг сферического участка, который мы называем ядром.

Теперь, само ядро тоже не шар, а совокупность волн положительных зарядов с большей «массой» (которая, как мы знаем, не является массой или весом, а просто гораздо большей энергией покоя, чем у электронов), которые плавают в сильном потенциале ядра.

Итак, чтобы понять поведение электронов, нам нужно подумать, где это облако наиболее плотное, или где вероятность появления электрона наибольшая, или где максимальный отрицательный заряд. Электрон обладает как кинетической энергией, так и импульсом, но движения не имеет. Облако совершенно статично. Электрон вообще не «вращается» вокруг протона, а окружает его, как туман. Самое критическое различие между реальным электроном и классической частицей состоит в том, что настоящий электрон не существует ни в одном месте. Все, что у него есть, — это определенная вероятность оказаться здесь, а не там, что на приведенной выше иллюстрации показано более темными и светлыми цветами.

Электрон — это объект, местоположение которого никогда не может быть известно наверняка, просто потому, что у него нет определенного местоположения. Это означает, что в крошечных пределах атома электрон на самом деле нельзя рассматривать как «частицу», имеющую определенную энергию и местоположение, поэтому мы не можем говорить о том, что электрон «падает» в ядро.