Gli elettroni non si muovono a spirale nel nucleo a causa delle leggi della meccanica quantistica che ne governano il comportamento. Secondo i principi della meccanica quantistica, gli elettroni non sono come pianeti in miniatura che orbitano attorno al nucleo secondo percorsi fissi. Invece, gli elettroni si comportano simultaneamente come onde e particelle, esibendo una duplice natura.

Il comportamento preciso degli elettroni è descritto da complesse funzioni d'onda che predicono la probabilità di trovare un elettrone in una determinata posizione. Queste funzioni d'onda sono governate dall'equazione di Schrödinger, che è un'equazione fondamentale nella meccanica quantistica.

Una caratteristica fondamentale delle funzioni d’onda degli elettroni è che sono stabili, nel senso che non collassano né subiscono cambiamenti improvvisi. Questa stabilità è cruciale per impedire agli elettroni di entrare a spirale nel nucleo.

Se un elettrone dovesse seguire un percorso a spirale, la sua energia diminuirebbe man mano che si avvicina al nucleo a causa della forza elettrostatica attrattiva tra l'elettrone carico negativamente e il nucleo carico positivamente. Secondo l'elettromagnetismo classico, questa perdita di energia farebbe sì che l'elettrone si muova a spirale verso l'interno, fino a scontrarsi con il nucleo.

Tuttavia, la meccanica quantistica vieta un simile collasso classico. Invece, la funzione d'onda di un elettrone può cambiare solo in certi modi che ne mantengono la stabilità. Ciò significa che l'energia dell'elettrone può cambiare solo in quantità discrete chiamate quanti.

I livelli energetici consentiti per gli elettroni in un atomo sono determinati da vari fattori, tra cui il numero atomico (il numero di protoni), il numero di elettroni e le interazioni tra gli elettroni. Ogni livello energetico corrisponde ad una specifica configurazione elettronica, in cui gli elettroni occupano orbitali diversi attorno al nucleo.

Gli elettroni in un atomo occupano i livelli energetici più bassi a loro disposizione, motivo per cui rimangono in orbite stabili anziché muoversi a spirale nel nucleo. Finché gli elettroni hanno energia sufficiente per occupare questi orbitali stabili, non subiranno un collasso spontaneo.

In sintesi, la dualità onda-particella degli elettroni, la stabilità delle funzioni d’onda e la quantizzazione dei livelli energetici impediscono agli elettroni di spostarsi a spirale nel nucleo. La meccanica quantistica fornisce un quadro coerente che descrive il comportamento degli elettroni e spiega la loro esistenza stabile all’interno degli atomi.