При выводе Эйнштейном коэффициентов Эйнштейна он применил условие равновесия двух популяций атомов в процессах поглощения, вынужденного и спонтанного излучения.
При этом он сделал излучение черного тела совместимым со своим математическим описанием трех процессов, установив нулевую скорость изменения одной из популяций, чтобы закодировать состояние равновесия в своей физике.
Мой вопрос: что оправдывает то, что две популяции атомов в первую очередь достигнут равновесия?
Если я правильно понял ваш вопрос, вы хотите спросить, если (для простоты предположим двухуровневую систему) вы возбуждаете атом (резонансным) излучением, атом в основном состоянии поглотит излучение и достигнет возбужденного состояния, и если каким-то образом переход из возбужденного состояния в основное запрещен (выключить спонтанное излучение) вся популяция должна перейти в возбужденное состояние.
Ответ на ваш вопрос (на основе моих знаний из учебника) состоит в том, что Эйнштейн постулировал, что если атом находится в основном состоянии, то он может быть возбужден взаимодействием с фотоном. Тот же процесс может быть обратным, т.е. если атом находится в возбужденном состоянии, он может взаимодействовать с фотоном и девозбуждаться с той же вероятностью. Аргумент кажется правдоподобным (на самом деле гениальным), потому что частота перехода из основного состояния в возбужденное такая же, как и из возбужденного состояния в основное состояние (мне кажется тривиальным).
Обычно больше атомов находится в основном состоянии, поэтому шансы вынужденного поглощения намного выше, чем вынужденного излучения. В двухуровневой системе, независимо от того, насколько сильно вы возбуждаете среду, заселенность возбужденного уровня не может превышать уровень основного, потому что один и тот же свет возбуждает и гасит возбуждение за счет вынужденного поглощения/излучения с добавленным каналом спонтанного излучения.
Если попытаться сместить равновесие в одну сторону, то обратный процесс усилится и вернет равновесие. Например, если вы делаете поглощение больше, чем испускание, то популяция в возбужденном состоянии увеличивается, что повышает вероятность вынужденного испускания, а скорость девозбуждения увеличивается, и процесс снова достигает равновесия.
Поразмыслив над этим рассуждением, вы обнаружите, что не имеет значения, возбуждаем мы слабо или очень сильно, через некоторое время устанавливается равновесие в поглощении и испускании.
кфс
Сингал