Det exakta beteendet hos elektroner beskrivs av komplexa vågfunktioner som förutsäger sannolikheten att hitta en elektron på en given plats. Dessa vågfunktioner styrs av Schrödinger-ekvationen, som är en grundläggande ekvation inom kvantmekaniken.
En viktig egenskap hos elektronernas vågfunktioner är att de är stabila, vilket innebär att de inte kollapsar eller genomgår plötsliga förändringar. Denna stabilitet är avgörande för att förhindra att elektroner spiralerar in i kärnan.
Om en elektron skulle följa en spiralbana, skulle dess energi minska när den kom närmare kärnan på grund av den attraherande elektrostatiska kraften mellan den negativt laddade elektronen och den positivt laddade kärnan. Enligt klassisk elektromagnetism skulle denna förlust av energi få elektronen att spiralera inåt och så småningom kollidera med kärnan.
Kvantmekaniken förbjuder dock en sådan klassisk kollaps. Istället kan en elektrons vågfunktion bara förändras på vissa sätt som bibehåller dess stabilitet. Det betyder att elektronens energi bara kan förändras i diskreta mängder som kallas kvanta.
De tillåtna energinivåerna för elektroner i en atom bestäms av olika faktorer, inklusive atomnumret (antalet protoner), antalet elektroner och interaktionerna mellan elektroner. Varje energinivå motsvarar en specifik elektronkonfiguration, där elektroner upptar olika orbitaler runt kärnan.
Elektronerna i en atom upptar de lägsta energinivåerna som är tillgängliga för dem, vilket är anledningen till att de förblir i stabila banor snarare än att spiralera in i kärnan. Så länge som elektroner har tillräcklig energi för att ockupera dessa stabila orbitaler, kommer de inte att genomgå spontan kollaps.
Sammanfattningsvis förhindrar våg-partikeldualiteten hos elektroner, stabiliteten hos vågfunktioner och kvantiseringen av energinivåer elektroner från att spiralera in i kärnan. Kvantmekaniken ger ett konsekvent ramverk som beskriver elektronernas beteende och förklarar deras stabila existens inom atomer.
