У нас есть молекула, которая испускает/поглощает фотоны. Мы знаем гамильтониан и то, что существует несколько уровней. Мы считаем испущенные фотоны под разными углами и частотами. Мы также можем сделать рассеяние с помощью пучка фотонов. Можем ли мы по данным о поглощении определить, занимает ли система каждый энергетический уровень с распределением тепловой вероятности? То есть я имею в виду, что собственное энергетическое состояние с энергией занято с вероятностью, пропорциональной . Как это сделать экспериментально?
В качестве простого примера, как мы можем определить, находится ли атом водорода в тепловом состоянии? Можем ли мы обобщить это на более крупные молекулы?
Интересный вопрос. Я бы подумал, что если бы вы знали точное количество энергетических состояний и их заселенностей, вы могли бы применить статистику Больцмана к каждому из уровней, чтобы подогнать подходящую температуру к заселенности в каждом состоянии. Следовательно, эта температура, если она сопоставима между включенными уровнями, потребует, чтобы система находилась в термодинамическом равновесии. Температура, определяющая таким образом населенности состояний, называется температурой возбуждения.
Единственная температура, которая имела бы смысл в вашем вопросе, — это температура теплового распределения фотонов (если фотонный газ термализован). Итак, давайте предположим, что у нас есть фотонный газ в равновесии. Его химический потенциал потому что фотоны не имеют основного состояния.
Рассмотрим теперь атом. Одной из характеристик атома является то, что уровни энергии дискретны, а энергетический зазор между двумя уровнями конечен. Например, в гармоническом осцилляторе зазор равен . Чтобы испустить или поглотить фотон, атом изменяет свою энергию на ненулевое количество энергии. Поэтому атом действует как система с конечным химическим потенциалом.
Поскольку химические потенциалы атома и фотонного газа не могут быть равны, равновесие между ними невозможно.
CuriousOne
dmckee --- котенок экс-модератор
Ян Лалински