Kwestia Thomsona

Celem problemu Thomsona jest wyznaczenie minimalnej elektrostatycznej konfiguracji energii potencjalnej n elektronów przyczepionych do powierzchni kuli jednostkowej , które odpychają się siłą określoną prawem Coulomba . Fizyk JJ Thomson postawił problem w 1904 roku, proponując model atomowy , nazwany później modelem puddingu śliwkowego , oparty na swojej wiedzy o istnieniu ujemnie naładowanych elektronów w neutralnie naładowanych atomach.

Powiązane problemy obejmują badanie geometrii konfiguracji minimalnej energii oraz badanie zachowania minimalnej energii przy dużym n .

Oświadczenie matematyczne

Energia oddziaływania elektrostatycznego występująca między każdą parą elektronów o równych ładunkach ( , elementarnym ładunkiem elektronu mi ) wynika z prawa Coulomba,

Tutaj jest stałą Coulomba i każdą parą elektronów znajdujących się w punktach na kuli określonej przez wektory i .

jednostki i używane bez utraty ogólności Następnie,

Całkowitą elektrostatyczną energię potencjalną każdej konfiguracji N -elektronów można następnie wyrazić jako sumę energii wszystkich oddziaływań parami

Globalna minimalizacja we wszystkich możliwych konfiguracjach różnych punktów jest zwykle znajdowana za pomocą

Problem Thomsona jest związany z siódmym z osiemnastu nierozwiązanych problemów matematycznych zaproponowanych przez matematyka Steve'a Smale'a - „Rozkład punktów na 2-sferze”. Główna różnica polega na tym że w problemie Smale'a funkcją minimalizacji nie jest potencjał elektrostatyczny, logarytmiczny Druga różnica polega na tym, że pytanie Smale'a dotyczy asymptotycznego zachowania całkowitego potencjału, gdy liczba N punktów dąży do nieskończoności, a nie dla konkretnych wartości N .

Przykład

początku lub

Znane dokładne rozwiązania

Schematyczne rozwiązania geometryczne matematycznego problemu Thomsona dla maksymalnie N = 5 elektronów.

Matematycznie dokładne konfiguracje minimalnej energii zostały rygorystycznie zidentyfikowane tylko w kilku przypadkach.

  • Dla N = 1 rozwiązanie jest trywialne. Pojedynczy elektron może znajdować się w dowolnym punkcie na powierzchni sfery jednostkowej. Całkowita energia konfiguracji jest zdefiniowana jako zero, ponieważ elektron nie doświadcza pola elektrycznego z powodu innych źródeł ładunku.
  • Dla N = 2 optymalna konfiguracja składa się z elektronów w punktach antypodalnych . Jest to pierwsze rozwiązanie jednowymiarowe.
  • Dla N = 3 elektrony znajdują się w wierzchołkach trójkąta równobocznego wokół dowolnego koła wielkiego . Wielki krąg jest często uważany za definiujący Równik wokół kuli i dwa punkty prostopadłe do płaszczyzny są często uważane za bieguny, aby pomóc w dyskusjach na temat konfiguracji elektrostatycznej rozwiązań wielu N elektronów. Jest to również pierwsze rozwiązanie dwuwymiarowe.
  • Dla N = 4 elektrony znajdują się w wierzchołkach czworościanu foremnego . Co ciekawe, jest to pierwsze trójwymiarowe rozwiązanie.
  • Dla N = 5 w 2010 roku zgłoszono matematycznie rygorystyczne rozwiązanie wspomagane komputerowo z elektronami znajdującymi się w wierzchołkach trójkątnej dypiramidy . Co ciekawe, niemożliwe jest, aby jakiekolwiek N z pięcioma lub więcej elektronami wykazywało globalną równą odległość między wszystkimi parami elektronów.
  • Dla N = 6 elektrony znajdują się w wierzchołkach ośmiościanu foremnego . Konfigurację można sobie wyobrazić jako cztery elektrony znajdujące się w rogach kwadratu wokół równika, a pozostałe dwa na biegunach.
  • Dla N = 12 elektrony znajdują się w wierzchołkach dwudziestościanu foremnego .

Geometryczne rozwiązania problemu Thomsona dla elektronów N = 4, 6 i 12 to bryły platońskie , których wszystkie ściany są przystającymi trójkątami równobocznymi. Rozwiązania numeryczne dla N = 8 i 20 nie są regularnymi wypukłymi konfiguracjami wielościennymi pozostałych dwóch brył platońskich, których ściany są odpowiednio kwadratowe i pięciokątne. [ potrzebne źródło ]

Uogólnienia

Można też zapytać o stany podstawowe cząstek oddziałujących z dowolnymi potencjałami. Aby być matematycznie precyzyjnym, niech f będzie malejącą funkcją o wartościach rzeczywistych i zdefiniuj funkcjonał energii

Tradycyjnie bierze się pod uwagę jądra Riesz Całkowalne jądra Riesza można znaleźć w pracy Landkofa z 1972 roku. W przypadku niecałkowalnych jąder Riesza twierdzenie o obwarzanku z makiem , patrz praca Hardina i Saffa z 2004 roku. Godne uwagi przypadki obejmują:

  • α = ∞, problem Tammesa (pakowanie);
  • α = 1, problem Thomsona;
  • α = 0, aby zmaksymalizować iloczyn odległości, ostatnio znany jako problem Whyte'a;
  • α = −1 : problem maksymalnej średniej odległości.

Można również rozważyć konfiguracje N punktów na kuli o większym wymiarze . Zobacz sferyczny projekt .

Algorytmy rozwiązań

Do rozwiązania tego problemu zastosowano kilka algorytmów . Od tysiąclecia koncentrowano się na lokalnych metodach optymalizacji stosowanych do funkcji energii, chociaż pojawiły się spacery losowe :

  • ograniczona globalna optymalizacja (Altschuler i in. 1994),
  • najbardziej strome zejście (Claxton i Benson 1966, Erber i Hockney 1991),
  • spacer losowy (Weinrach i in. 1990),
  • algorytm genetyczny (Morris i in. 1996)

Chociaż celem jest zminimalizowanie globalnej elektrostatycznej energii potencjalnej każdego przypadku N -elektronów, interesujących jest kilka algorytmicznych przypadków początkowych.

Ciągły ładunek powłoki sferycznej

Skrajna górna granica energii problemu Thomsona jest określona wzorem ciągłego ładunku powłoki, po którym następuje N (N - 1)/2, energia elektronów N. _ Znacznie niższą energię danego N -elektronowego rozwiązania problemu Thomsona z jednym ładunkiem u źródła można łatwo uzyskać przez , gdzie są rozwiązaniami problemu Thomsona.

Energia ciągłej sferycznej powłoki o ładunku rozłożonym na jej powierzchni jest wyrażona wzorem

i jest na ogół większa niż energia każdego rozwiązania problemu Thomsona. Uwaga: Tutaj N jest używane jako zmienna ciągła reprezentująca nieskończenie podzielny ładunek, Q , rozłożony na kulistej powłoce. powłoka reprezentuje ładunku pojedynczego elektronu całej powłoce

Losowo rozłożone opłaty punktowe

Globalna energia układu elektronów rozłożonych w sposób czysto losowy na powierzchni kuli jest dana wzorem

i jest na ogół większa niż energia każdego rozwiązania problemu Thomsona.

Tutaj N jest zmienną dyskretną, która zlicza liczbę elektronów w układzie. )

Dystrybucja skoncentrowana na ładunku

Dla każdego N- rozwiązania problemu Thomsona istnieje zawiera elektron na początku kuli, którego energia jest po do energii N - te rozwiązanie. To jest,

więc, jeśli , to dokładnie .

jest większy niż Displaystyle } ale jest znacznie każdego rozwiązania Thomsona niż } . Dlatego rozkład skoncentrowany na ładunku reprezentuje mniejszą „lukę energetyczną”, którą należy przekroczyć, aby znaleźć rozwiązanie każdego problemu Thomsona, niż algorytmy, które zaczynają się od pozostałych dwóch konfiguracji ładunków.

Relacje z innymi problemami naukowymi

modelu puddingu śliwkowego JJ Thomsona przy braku jego jednolitego dodatniego ładunku tła.

„Żaden fakt odkryty na temat atomu nie może być trywialny ani nie może nie przyspieszyć postępu nauk fizycznych, ponieważ większa część filozofii przyrody jest wynikiem budowy i mechanizmu atomu”.

—Sir JJ Thomson

Chociaż dowody eksperymentalne doprowadziły do ​​​​porzucenia modelu budyniu śliwkowego Thomsona jako kompletnego modelu atomowego, stwierdzono, że nieprawidłowości obserwowane w numerycznych rozwiązaniach energetycznych problemu Thomsona odpowiadają wypełnianiu powłok elektronowych naturalnie występujących atomów w całym układzie okresowym pierwiastków .

Problem Thomsona odgrywa również rolę w badaniu innych modeli fizycznych, w tym pęcherzyków wieloelektronowych i uporządkowania powierzchni kropel ciekłego metalu zamkniętych w pułapkach Paula .

Uogólniony problem Thomsona pojawia się na przykład przy określaniu rozmieszczenia podjednostek białkowych, które składają się na otoczki wirusów kulistych . „Cząstki” w tym zgłoszeniu to skupiska podjednostek białkowych rozmieszczone na powłoce. Inne realizacje obejmują regularne układy koloidalnych w koloidosomach , proponowane do kapsułkowania składników aktywnych, takich jak leki, składniki odżywcze lub żywe komórki, fulerenowe wzory atomów węgla i teoria VSEPR . Przykład z interakcjami logarytmicznymi dalekiego zasięgu dostarcza Wiry Abrikosowa , które tworzą się w niskich temperaturach w nadprzewodzącej metalowej powłoce z dużym monopolem w środku.

Konfiguracje o najmniejszej znanej energii

W poniższej tabeli ) w konfiguracji, to energia, typ symetrii jest podany w notacji Schönfliesa (patrz Grupy punktów trzech wymiarach ) i ładunków. Większość typów symetrii wymaga, aby suma wektorów pozycji (a tym samym elektrycznego momentu dipolowego ) wynosiła zero.

Zwyczajowo bierze się również pod uwagę wielościan utworzony przez wypukłą otoczkę wierzchołków. Tak więc, dana liczba krawędzi, całkowita liczba krawędzi, mi {\ displaystyle liczba ścian trójkątnych, \ jest najmniejszym kątem wyznaczonym przez wektory związane z najbliższą parą ładunków. Należy zauważyć, że długości krawędzi na ogół nie są równe. Tak więc, z wyjątkiem przypadków N = 2, 3, 4, 6, 12 i wielościanów geodezyjnych , otoczka wypukła jest tylko topologicznie równoważna figurze wymienionej w ostatniej kolumnie.

N Symetria Równoważny wielościan
2 0,500000000 0 2 180.000° digon
3 1.732050808 0 3 2 120.000° trójkąt
4 3.674234614 0 4 0 0 0 0 0 6 4 0 109,471° czworościan
5 6.474691495 0 2 3 0 0 0 0 9 6 0 90.000° trójkątna dypiramida
6 9.985281374 0 0 6 0 0 0 0 12 8 0 90.000° oktaedr
7 14.452977414 0 0 5 2 0 0 0 15 10 0 72.000° pięciokątna dypiramida
8 19.675287861 0 0 8 0 0 0 0 16 8 2 71,694° kwadratowy antypryzmat
9 25.759986531 0 0 3 6 0 0 0 21 14 0 69,190° trójwymiarowy pryzmat trójkątny
10 32.716949460 0 0 2 8 0 0 0 24 16 0 64,996° żyrowydłużona dypiramida kwadratowa
11 40.596450510 0,013219635 0 2 8 1 0 0 27 18 0 58,540° dwudziestościan o skróconej krawędzi
12 49.165253058 0 0 0 12 0 0 0 30 20 0 63,435°
dwudziestościan ( sfera geodezyjna {3,5+} 1,0 )
13 58.853230612 0,008820367 0 1 10 2 0 0 33 22 0 52,317°
14 69.306363297 0 0 0 12 2 0 0 36 24 0 52,866° żyrowydłużona sześciokątna dypiramida
15 80.670244114 0 0 0 12 3 0 0 39 26 0 49,225°
16 92.911655302 0 0 0 12 4 0 0 42 28 0 48,936°
17 106.050404829 0 0 0 12 5 0 0 45 30 0 50,108° podwójnie wydłużona pięciokątna dypiramida
18 120.084467447 0 0 2 8 8 0 0 48 32 0 47,534°
19 135.089467557 0,000135163 0 0 14 5 0 0 50 32 1 44,910°
20 150.881568334 0 0 0 12 8 0 0 54 36 0 46,093°
21 167.641622399 0,001406124 0 1 10 10 0 0 57 38 0 44,321°
22 185.287536149 0 0 0 12 10 0 0 60 40 0 43,302°
23 203.930190663 0 0 0 12 11 0 0 63 42 0 41,481°
24 223.347074052 0 0 0 24 0 0 0 60 32 6 42,065° sześcian zadarty
25 243.812760299 0,001021305 0 0 14 11 0 0 68 44 1 39,610°
26 265.133326317 0,001919065 0 0 12 14 0 0 72 48 0 38,842°
27 287.302615033 0 0 0 12 15 0 0 75 50 0 39,940°
28 310.491542358 0 0 0 12 16 0 0 78 52 0 37,824°
29 334.634439920 0 0 0 12 17 0 0 81 54 0 36,391°
30 359.603945904 0 0 0 12 18 0 0 84 56 0 36,942°
31 385.530838063 0,003204712 0 0 12 19 0 0 87 58 0 36,373°
32 412.261274651 0 0 0 12 20 0 0 90 60 0 37,377°
pentakis dwunastościan ( kula geodezyjna {3,5+} 1,1 )
33 440.204057448 0,004356481 0 0 15 17 1 0 92 60 1 33.700°
34 468.904853281 0 0 0 12 22 0 0 96 64 0 33,273°
35 498.569872491 0.000419208 0 0 12 23 0 0 99 66 0 33,100°
36 529.122408375 0 0 0 12 24 0 0 102 68 0 33,229°
37 560.618887731 0 0 0 12 25 0 0 105 70 0 32,332°
38 593.038503566 0 0 0 12 26 0 0 108 72 0 33,236°
39 626.389009017 0 0 0 12 27 0 0 111 74 0 32,053°
40 660.675278835 0 0 0 12 28 0 0 114 76 0 31,916°
41 695.916744342 0 0 0 12 29 0 0 117 78 0 31,528°
42 732.078107544 0 0 0 12 30 0 0 120 80 0 31,245°
43 769.190846459 0,000399668 0 0 12 31 0 0 123 82 0 30,867°
44 807.174263085 0 0 0 24 20 0 0 120 72 6 31,258°
45 846.188401061 0 0 0 12 33 0 0 129 86 0 30,207°
46 886.167113639 0 0 0 12 34 0 0 132 88 0 29,790°
47 927.059270680 0,002482914 0 0 14 33 0 0 134 88 1 28,787°
48 968.713455344 0 0 0 24 24 0 0 132 80 6 29,690°
49 1011.557182654 0,001529341 0 0 12 37 0 0 141 94 0 28,387°
50 1055.182314726 0 0 0 12 38 0 0 144 96 0 29,231°
51 1099.819290319 0 0 0 12 39 0 0 147 98 0 28,165°
52 1145.418964319 0,000457327 0 0 12 40 0 0 150 100 0 27,670°
53 1191.922290416 0,000278469 0 0 18 35 0 0 150 96 3 27,137°
54 1239.361474729 0,000137870 0 0 12 42 0 0 156 104 0 27.030°
55 1287.772720783 0,000391696 0 0 12 43 0 0 159 106 0 26,615°
56 1337.094945276 0 0 0 12 44 0 0 162 108 0 26,683°
57 1387.383229253 0 0 0 12 45 0 0 165 110 0 26,702°
58 1438.618250640 0 0 0 12 46 0 0 168 112 0 26,155°
59 1490.773335279 0,000154286 0 0 14 43 2 0 171 114 0 26,170°
60 1543.830400976 0 0 0 12 48 0 0 174 116 0 25,958°
61 1597.941830199 0,001091717 0 0 12 49 0 0 177 118 0 25,392°
62 1652.909409898 0 0 0 12 50 0 0 180 120 0 25,880°
63 1708.879681503 0 0 0 12 51 0 0 183 122 0 25,257°
64 1765.802577927 0 0 0 12 52 0 0 186 124 0 24,920°
65 1823.667960264 0,000399515 0 0 12 53 0 0 189 126 0 24,527°
66 1882.441525304 0,000776245 0 0 12 54 0 0 192 128 0 24,765°
67 1942.122700406 0 0 0 12 55 0 0 195 130 0 24,727°
68 2002.874701749 0 0 0 12 56 0 0 198 132 0 24,433°
69 2064.533483235 0 0 0 12 57 0 0 201 134 0 24,137°
70 2127.100901551 0 0 0 12 50 0 0 200 128 4 24,291°
71 2190.649906425 0,001256769 0 0 14 55 2 0 207 138 0 23,803°
72 2255.001190975 0 0 0 12 60 0 0 210 140 0 24,492° sfera geodezyjna {3,5+} 2,1
73 2320.633883745 0,001572959 0 0 12 61 0 0 213 142 0 22,810°
74 2387.072981838 0,000641539 0 0 12 62 0 0 216 144 0 22,966°
75 2454.369689040 0 0 0 12 63 0 0 219 146 0 22,736°
76 2522.674871841 0,000943474 0 0 12 64 0 0 222 148 0 22,886°
77 2591.850152354 0 0 0 12 65 0 0 225 150 0 23,286°
78 2662.046474566 0 0 0 12 66 0 0 228 152 0 23,426°
79 2733.248357479 0,000702921 0 0 12 63 1 0 230 152 1 22,636°
80 2805.355875981 0 0 0 16 64 0 0 232 152 2 22,778°
81 2878.522829664 0,000194289 0 0 12 69 0 0 237 158 0 21,892°
82 2952.569675286 0 0 0 12 70 0 0 240 160 0 22,206°
83 3027.528488921 0,000339815 0 0 14 67 2 0 243 162 0 21,646°
84 3103.465124431 0.000401973 0 0 12 72 0 0 246 164 0 21,513°
85 3180.361442939 0,000416581 0 0 12 73 0 0 249 166 0 21,498°
86 3258.211605713 0,001378932 0 0 12 74 0 0 252 168 0 21,522°
87 3337.000750014 0,000754863 0 0 12 75 0 0 255 170 0 21,456°
88 3416.720196758 0 0 0 12 76 0 0 258 172 0 21,486°
89 3497.439018625 0,000070891 0 0 12 77 0 0 261 174 0 21,182°
90 3579.091222723 0 0 0 12 78 0 0 264 176 0 21.230°
91 3661.713699320 0,000033221 0 0 12 79 0 0 267 178 0 21,105°
92 3745.291636241 0 0 0 12 80 0 0 270 180 0 21,026°
93 3829.844338421 0,000213246 0 0 12 81 0 0 273 182 0 20,751°
94 3915.309269620 0 0 0 12 82 0 0 276 184 0 20,952°
95 4001.771675565 0,000116638 0 0 12 83 0 0 279 186 0 20,711°
96 4089.154010060 0,000036310 0 0 12 84 0 0 282 188 0 20,687°
97 4177.533599622 0.000096437 0 0 12 85 0 0 285 190 0 20.450°
98 4266.822464156 0,000112916 0 0 12 86 0 0 288 192 0 20,422°
99 4357.139163132 0,000156508 0 0 12 87 0 0 291 194 0 20,284°
100 4448.350634331 0 0 0 12 88 0 0 294 196 0 20,297°
101 4540.590051694 0 0 0 12 89 0 0 297 198 0 20.011°
102 4633.736565899 0 0 0 12 90 0 0 300 200 0 20,040°
103 4727.836616833 0,000201245 0 0 12 91 0 0 303 202 0 19,907°
104 4822.876522746 0 0 0 12 92 0 0 306 204 0 19,957°
105 4919.000637616 0 0 0 12 93 0 0 309 206 0 19,842°
106 5015.984595705 0 0 0 12 94 0 0 312 208 0 19,658°
107 5113.953547724 0,000064137 0 0 12 95 0 0 315 210 0 19,327°
108 5212.813507831 0,000432525 0 0 12 96 0 0 318 212 0 19,327°
109 5312.735079920 0,000647299 0 0 14 93 2 0 321 214 0 19,103°
110 5413.549294192 0 0 0 12 98 0 0 324 216 0 19,476°
111 5515.293214587 0 0 0 12 99 0 0 327 218 0 19,255°
112 5618.044882327 0 0 0 12 100 0 0 330 220 0 19,351°
113 5721.824978027 0 0 0 12 101 0 0 333 222 0 18,978°
114 5826.521572163 0,000149772 0 0 12 102 0 0 336 224 0 18,836°
115 5932.181285777 0,000049972 0 0 12 103 0 0 339 226 0 18,458°
116 6038.815593579 0,000259726 0 0 12 104 0 0 342 228 0 18,386°
117 6146.342446579 0.000127609 0 0 12 105 0 0 345 230 0 18,566°
118 6254.877027790 0,000332475 0 0 12 106 0 0 348 232 0 18,455°
119 6364.347317479 0,000685590 0 0 12 107 0 0 351 234 0 18,336°
120 6474.756324980 0,001373062 0 0 12 108 0 0 354 236 0 18,418°
121 6586.121949584 0,000838863 0 0 12 109 0 0 357 238 0 18,199°
122 6698.374499261 0 0 0 12 110 0 0 360 240 0 18,612° sfera geodezyjna {3,5+} 2,2
123 6811.827228174 0,001939754 0 0 14 107 2 0 363 242 0 17,840°
124 6926.169974193 0 0 0 12 112 0 0 366 244 0 18,111°
125 7041.473264023 0,000088274 0 0 12 113 0 0 369 246 0 17,867°
126 7157.669224867 0 0 2 16 100 8 0 372 248 0 17,920°
127 7274.819504675 0 0 0 12 115 0 0 375 250 0 17,877°
128 7393.007443068 0,000054132 0 0 12 116 0 0 378 252 0 17,814°
129 7512.107319268 0,000030099 0 0 12 117 0 0 381 254 0 17,743°
130 7632.167378912 0,000025622 0 0 12 118 0 0 384 256 0 17,683°
131 7753.205166941 0,000305133 0 0 12 119 0 0 387 258 0 17,511°
132 7875.045342797 0 0 0 12 120 0 0 390 260 0 17,958° sfera geodezyjna {3,5+} 3,1
133 7998.179212898 0.000591438 0 0 12 121 0 0 393 262 0 17,133°
134 8122.089721194 0,000470268 0 0 12 122 0 0 396 264 0 17,214°
135 8246.909486992 0 0 0 12 123 0 0 399 266 0 17,431°
136 8372.743302539 0 0 0 12 124 0 0 402 268 0 17,485°
137 8499.534494782 0 0 0 12 125 0 0 405 270 0 17,560°
138 8627.406389880 0,000473576 0 0 12 126 0 0 408 272 0 16,924°
139 8756.227056057 0,000404228 0 0 12 127 0 0 411 274 0 16,673°
140 8885.980609041 0,000630351 0 0 13 126 1 0 414 276 0 16,773°
141 9016.615349190 0,000376365 0 0 14 126 0 1 417 278 0 16,962°
142 9148.271579993 0,000550138 0 0 12 130 0 0 420 280 0 16,840°
143 9280.839851192 0,000255449 0 0 12 131 0 0 423 282 0 16,782°
144 9414.371794460 0 0 0 12 132 0 0 426 284 0 16,953°
145 9548.928837232 0,000094938 0 0 12 133 0 0 429 286 0 16,841°
146 9684.381825575 0 0 0 12 134 0 0 432 288 0 16,905°
147 9820.932378373 0,000636651 0 0 12 135 0 0 435 290 0 16,458°
148 9958.406004270 0,000203701 0 0 12 136 0 0 438 292 0 16,627°
149 10096.859907397 0,000638186 0 0 14 133 2 0 441 294 0 16,344°
150 10236.196436701 0 0 0 12 138 0 0 444 296 0 16,405°
151 10376.571469275 0,000153836 0 0 12 139 0 0 447 298 0 16,163°
152 10517.867592878 0 0 0 12 140 0 0 450 300 0 16,117°
153 10660.082748237 0 0 0 12 141 0 0 453 302 0 16,390°
154 10803.372421141 0,000735800 0 0 12 142 0 0 456 304 0 16,078°
155 10947.574692279 0,000603670 0 0 12 143 0 0 459 306 0 15,990°
156 11092.798311456 0,000508534 0 0 12 144 0 0 462 308 0 15,822°
157 11238.903041156 0,000357679 0 0 12 145 0 0 465 310 0 15,948°
158 11385.990186197 0.000921918 0 0 12 146 0 0 468 312 0 15,987°
159 11534.023960956 0,000381457 0 0 12 147 0 0 471 314 0 15,960°
160 11683.054805549 0 0 0 12 148 0 0 474 316 0 15,961°
161 11833.084739465 0,000056447 0 0 12 149 0 0 477 318 0 15.810°
162 11984.050335814 0 0 0 12 150 0 0 480 320 0 15,813°
163 12136.013053220 0,000120798 0 0 12 151 0 0 483 322 0 15,675°
164 12288.930105320 0 0 0 12 152 0 0 486 324 0 15,655°
165 12442.804451373 0,000091119 0 0 12 153 0 0 489 326 0 15,651°
166 12597.649071323 0 0 0 16 146 4 0 492 328 0 15,607°
167 12753.469429750 0,000097382 0 0 12 155 0 0 495 330 0 15.600°
168 12910.212672268 0 0 0 12 156 0 0 498 332 0 15,655°
169 13068.006451127 0,000068102 0 0 13 155 1 0 501 334 0 15,537°
170 13226.681078541 0 0 0 12 158 0 0 504 336 0 15,569°
171 13386.355930717 0 0 0 12 159 0 0 507 338 0 15,497°
172 13547.018108787 0,000547291 0 0 14 156 2 0 510 340 0 15,292°
173 13708.635243034 0,000286544 0 0 12 161 0 0 513 342 0 15,225°
174 13871.187092292 0 0 0 12 162 0 0 516 344 0 15,366°
175 14034.781306929 0,000026686 0 0 12 163 0 0 519 346 0 15,252°
176 14199.354775632 0,000283978 0 0 12 164 0 0 522 348 0 15,101°
177 14364.837545298 0 0 0 12 165 0 0 525 350 0 15,269°
178 14531.309552587 0 0 0 12 166 0 0 528 352 0 15,145°
179 14698.754594220 0,000125113 0 0 13 165 1 0 531 354 0 14,968°
180 14867.099927525 0 0 0 12 168 0 0 534 356 0 15,067°
181 15036.467239769 0,000304193 0 0 12 169 0 0 537 358 0 15.002°
182 15206.730610906 0 0 0 12 170 0 0 540 360 0 15,155°
183 15378.166571028 0,000467899 0 0 12 171 0 0 543 362 0 14,747°
184 15550.421450311 0 0 0 12 172 0 0 546 364 0 14,932°
185 15723.720074072 0,000389762 0 0 12 173 0 0 549 366 0 14,775°
186 15897.897437048 0,000389762 0 0 12 174 0 0 552 368 0 14,739°
187 16072.975186320 0 0 0 12 175 0 0 555 370 0 14,848°
188 16249.222678879 0 0 0 12 176 0 0 558 372 0 14,740°
189 16426.371938862 0,000020732 0 0 12 177 0 0 561 374 0 14,671°
190 16604.428338501 0,000586804 0 0 12 178 0 0 564 376 0 14,501°
191 16783.452219362 0,001129202 0 0 13 177 1 0 567 378 0 14,195°
192 16963.338386460 0 0 0 12 180 0 0 570 380 0 14,819° sfera geodezyjna {3,5+} 3,2
193 17144.564740880 0,000985192 0 0 12 181 0 0 573 382 0 14,144°
194 17326.616136471 0,000322358 0 0 12 182 0 0 576 384 0 14.350°
195 17509.489303930 0 0 0 12 183 0 0 579 386 0 14,375°
196 17693.460548082 0,000315907 0 0 12 184 0 0 582 388 0 14,251°
197 17878.340162571 0 0 0 12 185 0 0 585 390 0 14,147°
198 18064.262177195 0,000011149 0 0 12 186 0 0 588 392 0 14,237°
199 18251.082495640 0,000534779 0 0 12 187 0 0 591 394 0 14,153°
200 18438.842717530 0 0 0 12 188 0 0 594 396 0 14,222°
201 18627.591226244 0,001048859 0 0 13 187 1 0 597 398 0 13,830°
202 18817.204718262 0 0 0 12 190 0 0 600 400 0 14,189°
203 19007.981204580 0,000600343 0 0 12 191 0 0 603 402 0 13,977°
204 19199.540775603 0 0 0 12 192 0 0 606 404 0 14,291°
212 20768.053085964 0 0 0 12 200 0 0 630 420 0 14,118° sfera geodezyjna {3,5+} 4,1
214 21169.910410375 0 0 0 12 202 0 0 636 424 0 13,771°
216 21575.596377869 0 0 0 12 204 0 0 642 428 0 13,735°
217 21779.856080418 0 0 0 12 205 0 0 645 430 0 13,902°
232 24961.252318934 0 0 0 12 220 0 0 690 460 0 13,260°
255 30264.424251281 0 0 0 12 243 0 0 759 506 0 12,565°
256 30506.687515847 0 0 0 12 244 0 0 762 508 0 12,572°
257 30749.941417346 0 0 0 12 245 0 0 765 510 0 12,672°
272 34515.193292681 0 0 0 12 260 0 0 810 540 0 12,335° sfera geodezyjna {3,5+} 3,3
282 37147.294418462 0 0 0 12 270 0 0 840 560 0 12,166° sfera geodezyjna {3,5+} 4,2
292 39877.008012909 0 0 0 12 280 0 0 870 580 0 11,857°
306 43862.569780797 0 0 0 12 294 0 0 912 608 0 11,628°
312 45629.313804002 0,000306163 0 0 12 300 0 0 930 620 0 11,299°
315 46525.825643432 0 0 0 12 303 0 0 939 626 0 11,337°
317 47128.310344520 0 0 0 12 305 0 0 945 630 0 11,423°
318 47431.056020043 0 0 0 12 306 0 0 948 632 0 11,219°
334 52407.728127822 0 0 0 12 322 0 0 996 664 0 11,058°
348 56967.472454334 0 0 0 12 336 0 0 1038 692 0 10,721°
357 59999.922939598 0 0 0 12 345 0 0 1065 710 0 10,728°
358 60341.830924588 0 0 0 12 346 0 0 1068 712 0 10,647°
372 65230.027122557 0 0 0 12 360 0 0 1110 740 0 10,531° sfera geodezyjna {3,5+} 4,3
382 68839.426839215 0 0 0 12 370 0 0 1140 760 0 10,379°
390 71797.035335953 0 0 0 12 378 0 0 1164 776 0 10,222°
392 72546.258370889 0 0 0 12 380 0 0 1170 780 0 10,278°
400 75582.448512213 0 0 0 12 388 0 0 1194 796 0 10,068°
402 76351.192432673 0 0 0 12 390 0 0 1200 800 0 10,099°
432 88353.709681956 0 0 0 24 396 12 0 1290 860 0 9,556°
448 95115.546986209 0 0 0 24 412 12 0 1338 892 0 9,322°
460 100351.763108673 0 0 0 24 424 12 0 1374 916 0 9,297°
468 103920.871715127 0 0 0 24 432 12 0 1398 932 0 9,120°
470 104822.886324279 0 0 0 24 434 12 0 1404 936 0 9,059°

Zgodnie z przypuszczeniem, jeśli p wielościanem utworzonym przez wypukłą otoczkę punktów , q jest liczbą czworobocznych p dla m elektronów jest fa ( m ): . [ potrzebne wyjaśnienie ]

(uwaga: powyższa tabela musi być błędna, ponieważ wzrost n musi powodować spadek θ, np. θ 16 < θ 17. Istnieje kilka innych przykładów.)

  1. ^ Thomson, Joseph John (marzec 1904). „O strukturze atomu: badanie stabilności i okresów oscylacji pewnej liczby ciałek ułożonych w równych odstępach wokół obwodu koła; z zastosowaniem wyników do teorii struktury atomowej” (PDF ) . Magazyn filozoficzny . Seria 6. 7 (39): 237–265. doi : 10.1080/14786440409463107 . Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 13 grudnia 2013 r.
  2. ^    Mały, S. (1998). „Problemy matematyczne następnego stulecia”. Inteligencja matematyczna . 20 (2): 7–15. CiteSeerX 10.1.1.35.4101 . doi : 10.1007/bf03025291 . S2CID 1331144 .
  3. ^   Föppl, L. (1912). „Stabilne Anordnungen von Elektronen im Atom” . J. Reine Angew. matematyka _ 141 (141): 251–301. doi : 10.1515/crll.1912.141.251 . S2CID 120309200 . .
  4. ^ Schwartz, Richard (2010). „Przypadek 5 elektronów problemu Thomsona”. arXiv : 1001,3702 [ matematyka.MG ].
  5. ^ Judin, Wirginia (1992). „Minimalna energia potencjalna układu ładunków punktowych”. Discretnaya Matematika . 4 (2): 115–121 (po rosyjsku). ;   Judin, Wirginia (1993). „Minimalna energia potencjalna układu ładunków punktowych”. Dyskretna matematyka. Aplikacja _ 3 (1): 75–81. doi : 10.1515/dma.1993.3.1.75 . S2CID 117117450 .
  6. ^   Andriejew, NN (1996). „Ekstremalna właściwość dwudziestościanu”. East J. Zbliżenie . 2 (4): 459–462. MR 1426716 , Zbl 0877.51021
  7. ^ Landkof, NS Podstawy współczesnej teorii potencjału. Przetłumaczył z rosyjskiego AP Doohovskoy. Die Grundlehren der mathematischen Wissenschaften, Band 180. Springer-Verlag, New York-Heidelberg, 1972. x+424 s.
  8. Bibliografia _ Saff, EB Dyskretyzacja rozmaitości poprzez punkty minimalnej energii. Uwagi Amer. Matematyka soc. 51 (2004), no. 10, 1186–1194
  9. ^ ab Batagelj , Włodzimierz; Plestenjak, Bor. „Optymalne rozmieszczenie n punktów na kuli i okręgu” (PDF) . MFW/TCS. Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 25 czerwca 2018 r.
  10. ^   LaFave Jr, Tim (luty 2014). „Dyskretne transformacje w problemie Thomsona” . Dziennik elektrostatyki . 72 (1): 39–43. ar Xiv : 1403.2592 . doi : 10.1016/j.elstat.2013.11.007 . S2CID 119309183 .
  11. Bibliografia   _ Arenzon, JJ (2003). „Dlaczego ładunki trafiają na powierzchnię: uogólniony problem Thomsona”. Eurofis. Lett . 63 (3): 415. arXiv : cond-mat/0302524 . Bibcode : 2003EL.....63..415L . doi : 10.1209/epl/i2003-00546-1 . S2CID 18929981 .
  12. ^ Sir JJ Thomson, The Romanes Lecture, 1914 (Teoria atomu)
  13. ^   LaFave Jr, Tim (2013). „Zgodności między klasycznym elektrostatycznym problemem Thomsona a atomową strukturą elektronową”. Dziennik elektrostatyki . 71 (6): 1029–1035. ar Xiv : 1403.2591 . doi : 10.1016/j.elstat.2013.10.001 . S2CID 118480104 .
  14. Bibliografia _ „Konfiguracje min-energetyczne elektronów na kuli” . Źródło 2014-05-01 .
  15. ^ „Sloane's A008486 (patrz komentarz z 3 lutego 2017 r.)” . Encyklopedia on-line sekwencji liczb całkowitych . Fundacja OIS . Źródło 2017-02-08 .

Notatki