Я хорошо разбираюсь в атомных спектрах испускания и поглощения — фотоны с определенной энергией могут излучаться или поглощаться атомами, если эта энергия точно соответствует разнице энергий между двумя состояниями электрона атома — но я не совсем понимаю , как фотоны поглощаются и испускаются во время этого перехода. Какой процесс или механизм лежит в основе этого явления?
Для излучения : имеет ли это какое-то отношение к тому, что электрон ускоряется во время перехода, и ускоряющийся электрон излучает фотон? Если да, то является ли этот процесс случайным? Что могло бы заставить электрон внезапно понизить энергетический уровень (уровни)? Откуда берется сила/импульс для этого ускорения?
Для поглощения : прилагают ли электрические и магнитные поля фотона силу к электрону, когда он взаимодействует с атомом? Если да, то почему фотоны только одной энергии прикладывают эту силу, а все остальные не действуют на атом?
Ни фотон, ни электрон не являются классическими частицами, и нет ньютоновской картины процесса. Вместо этого вы должны представить релятивистские поля, которые описывают вероятности обнаружения фотонов и электронов в разных точках пространства-времени. До поглощения существует ненулевая вероятность обнаружить фотон, а вероятности поля электрона примерно такие же, как предсказываются уравнением Шредингера для низкоэнергетического состояния атома. После перехода вероятность обнаружить фотон в основном исчезла, и распределение электронов теперь находится в более высоком состоянии.
Нужно быть очень осторожным даже с этой картиной, так как нельзя проводить непрерывные измерения в этой системе, не нарушая ее. На самом деле эти распределения означают, что мы подготавливаем один фотон, а затем выполняем одно измерение фотона или электрона. Мы повторяем этот эксперимент много раз, а затем строим распределение вероятностей как функцию времени. Это должен быть многомерный сюжет из-за того, как взаимодействуют части квантовой системы. К сожалению, люди не очень хорошо различают мелкие детали таких многомерных явлений. Всякий раз, когда мы говорим об этих распределениях вероятностей и показываем изображения в книгах, задача уже сильно упрощена для нашего же удобства.
Механизм взаимодействия очень похож на взаимодействие радиоволны с антенной. «Фотон» проявляется как колебания электрического поля, которые двигают электрон, как массу на пружине. Частота колебаний определяется разницей между начальным состоянием и возбужденным состоянием, и вы можете отслеживать колебательное движение заряда, вычисляя суперпозицию двух состояний.
Колеблющийся электрон излучает электромагнитную энергию, как и любая другая антенна. Первоначально из-за взаимодействия синфазного характера излучаемого поля с падающим полем фактически происходит чистое поглощение энергии; но в конце концов падающее поле исчезает, и атомная система просто продолжает колебаться, повторно излучая любую остаточную энергию, пока не вернется в основное состояние.
Вы также можете проанализировать эту систему с точки зрения «фотонов», используя нечто, называемое «золотым правилом Ферми», но все это приводит к точно такому же результату с точки зрения того, что вы можете фактически измерить... количество рассеянного излучения как функция поле происшествия.
ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: Я признанный чокнутый, чье мнение регулярно и массово отвергается экспертами на этом форуме, которые знают гораздо больше меня.
Конечно CuriousOne полностью прав
«Ни фотон, ни электрон не являются классическими частицами, и нет ньютоновской картины процесса. Вместо этого вы должны представить себе релятивистские поля, которые описывают вероятности обнаружения фотонов и электронов в различных точках пространства-времени. Перед поглощением существует ненулевое Вероятность обнаружения фотона и вероятности поля электрона примерно соответствуют предсказанию уравнения Шредингера для низкоэнергетического состояния атома.После перехода вероятность обнаружения фотона в основном исчезла, и распределение электронов теперь находится в более высокой состояние."
Тем не менее, я хотел бы немного больше интерпретировать ваш вопрос с
«Для поглощения: прикладывают ли электрическое и магнитное поля фотона силу к электрону, когда он взаимодействует с атомом? Если да, то почему фотоны только одной энергии прикладывают эту силу, а все остальные не действуют на атом? "
И позвольте мне интерпретировать это так, как вы спросите, может ли фотон практически «двигать» электрон или атом вообще.
Есть только несколько вещей, которые я хотел бы добавить.
Хотя CuriousOne совершенно прав, и мы должны использовать квантовую механику, чтобы понять поглощение, но это факт, что электромагнитные волны действительно влияют на поверхность, на которую они «попадают».
И ответ на вопрос: да, они могли «двигаться» (но не электрон), а только весь атом или объект, с которым они «ударялись».
Электромагнитная волна «ударит» по поверхности, мы называем это «оказанием давления».
Ссылка: https://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_pressure
Вы можете использовать квантовую механику и сказать, что общий импульс системы должен сохраняться, поэтому импульс фотона перейдет на более высокий энергетический уровень электрона.
Обратите внимание, что, как правильно сказал CuriousOne, вы не можете рассматривать это как ускорение поглощающего электрона. Фактически, на «более высокой» орбите электрон будет «двигаться» медленнее. Но его общий энергетический уровень повышается, и теперь он будет включать преобразованный импульс фотона. (Но если импульс электрона стал «меньше», то как его уровень энергии может быть выше? С классической точки зрения, его уровень потенциальной энергии выше на более высокой орбите.)
Единственное, что вы можете представить себе как ускоряющееся, — это весь атом или весь объект, на который оказывает давление электромагнитная волна.
Возникает вопрос: «По какому механизму фотон испускается или поглощается при переходе состояний атомного электрона?»
Правильный ответ заключается в том, что мы понятия не имеем о МЕХАНИЗМЕ.
У нас есть статистические уравнения, которые описывают вероятность, это БОЛЬШИЕ измерения. Это похоже на перепись населения, определяющую, что существует 2%-ная вероятность того, что в доме в определенном месте будет человек с рыжими волосами. Это не дает вам понимания того, как у человека появились рыжие волосы (генетика, краска для волос, парик?).
dmckee --- котенок экс-модератор
ДВ
Брайан Каннард