В этом вопросе о поглощении непрерывных энергий дискретными состояниями атома одной из причин, объясняющих ширину спектральных линий, является принцип неопределенности ( естественное уширение ): распад электрона из возбужденного состояния испускает фотон с неопределенной энергией (пока не наблюдается) в определенном диапазоне.
Означает ли это с точки зрения сохранения энергии, что энергетические уровни основных и/или возбужденных состояний в атоме также имеют неопределенность (и, следовательно, непрерывный диапазон возможных энергий для каждого уровня вместо уникального значения энергии)? Поскольку электрон может распадаться между двумя возбужденными состояниями, не обязательно в основное состояние, я ожидаю, что это справедливо по крайней мере для возбужденных состояний.
Однако на этой странице приведены значения энергии для основного и первого возбужденного состояний электрона водорода без какого-либо диапазона: я не уверен, означает ли это, что нет диапазона (и, следовательно, нет неопределенности), или просто нет необходимости указывать это (бесполезно, можно вычислить из теории, ...).
Википедия утверждает, что и основное, и возбужденное состояния являются квантовыми состояниями, но я не знаю, означает ли это обязательно, что все связанные «свойства» подвержены неопределенности.
Да, возбужденные состояния имеют конечное время жизни из-за спонтанного излучения и, следовательно, энергетическая неопределенность (ширина линии), примерно определяемая выражением / . Именно это и означает естественное расширение. Основное состояние атома не может распадаться на более низкое энергетическое состояние (у него бесконечное время жизни), поэтому неопределенности в отношении энергии нет. Предположительно, на странице, на которую вы ссылаетесь, указаны значения энергии водорода, полученные при условии, что атом изолирован, то есть без электромагнитного поля. Если вы также включите в свою модель электромагнитное поле, то можно рассчитать время жизни возбужденных состояний и, следовательно, их естественную ширину линии.
Чтобы точно охарактеризовать энергию состояния, нужно следить за ней бесконечно долго. Вы можете легко показать это для свободной частицы, описываемой плоской волной, но, хотя я не знаю простого объяснения, это верно и для более сложных состояний, таких как атомные волновые функции.
Поэтому, если вы переводите атом из основного состояния в возбужденное состояние, вы не знаете энергию ни одного из состояний именно потому, что ни одно из состояний не длится бесконечно долго. Однако основное состояние обычно длится намного дольше, чем возбужденное состояние, поэтому обычно безопасно принимать основное состояние за точное и беспокоиться только о неопределенности в возбужденном состоянии. Это означает, что энергия поглощенного фотона будет иметь некоторую изменчивость, как и энергия испущенного фотона, когда атом релаксирует. Однако энергия поглощенных и испущенных фотонов будет одинаковой в очень хорошем приближении.
Принцип неопределенности используется, потому что неопределенность в энергии связано со временем жизни возбужденного состояния по форме энергии времени принципа неопределенности :
ОксТаз