Почему после поглощения фотона электрон атома «падает» обратно в свое основное состояние (из-за чего он немедленно теряет поглощенную энергию)?
Почему после поглощения фотона электрон атома «падает» обратно в свое основное состояние (из-за чего он немедленно теряет поглощенную энергию)?
Ответ @Davidmh дает наши наблюдения из классической физики, где мы сформулировали величины «энергия», «потенциал» и т. д. Мы наблюдали, что это так, яблоко падает, и блестящие математики организовали эти наблюдения в уравнения, которые могут предсказать, что будет случаться. Таким образом, реальный ответ на вопрос «почему» в физике — «потому что мы заметили, что это так». Затем физика отвечает, «как» это происходит, ссылаясь на математические модели, построенные для описания того, как это происходит.
Теперь электроны и фотоны — это не классические частицы, это квантово-механические сущности, работающие с разными моделями природы в разных рамках. Тем не менее, в физике есть преемственность, и понятие Энергии и Потенциальной энергии сохранилось, и на пределе классическое выходит из квантово-механического, подстилающего слоя.
Таким образом, ответ на вопрос «почему» на уровне фотона электрона-атома на самом деле «потому что это то, что мы наблюдали». НО у нас есть очень хорошая математическая модель, объясняющая, «как» это происходит, которая также предсказывает поведение в будущем. Это выглядит следующим образом:
Фотон, попадая в атом, имеет вероятность взаимодействовать с ним, поглощаться и поднимать атом на более высокий энергетический уровень. Эту вероятность можно рассчитать с помощью инструментов квантовой механики, которые также предсказывают, что, когда электрон находится на более высоком энергетическом уровне, существует большая вероятность того, что он упадет обратно на основной уровень, испустив фотон с соответствующей энергией. Можно думать об этом и с принципом неопределенности Гейзенберга . Высший энергетический уровень имеет ширину дельта (E), что означает, что он имеет время жизни дельта (t) существования, он нестабилен.
Наши модели очень хороши и успешны, и мы склонны думать, что они отвечают на вопрос «почему». Например в данном случае мы скажем "потому что энергетический уровень имеет ширину и от ГУП он должен будет распадаться", а на самом деле мы просто отвечаем "как" в рамках нашей модели это происходит.
Это общее свойство нашей вселенной: вещи стремятся к состоянию минимальной энергии и максимальной энтропии.
Шарик на горке покатится вниз, потому что там у него будет меньше потенциальной энергии.
Заряды будут притягиваться или отталкиваться друг от друга, ища минимальную энергетическую конфигурацию.
Растянутая резинка имеет тенденцию восстанавливать свою первоначальную форму, потому что... у вас есть выкройка.
Если хотите, ответ — термодинамика.
Это связано с тем, что обычно электрон может оставаться ТОЛЬКО в определенных энергетических состояниях в данном атоме из-за квантово-механических сил, таких как сильное взаимодействие, и принципов неопределенности Гейзенберга.
Позвольте мне объяснить дальше, когда электрон приближается к атому, электростатические и другие квантово-механические силы между электроном начинают притягивать его, и когда электрон приближается, электрон существенно более ограничен, и, поскольку принцип неопределенности Гейзенберга гласит, что импульс электрона должен стать неопределен, поэтому в результате электрон не упадет, потому что его импульс не определен, поэтому он просто займет вероятное пространство вокруг атома,который мы называем орбитальным/энергетическим уровнем, и поэтому существуют только определенные стабильные энергетические уровни, на которых может находиться электрон, и поэтому, если, скажем, вы ударите электрон фотоном, электрон может на короткое время получить больший импульс и покинуть стабильную орбиталь\ стабильный энергетический уровень в течение короткого времени, однако, поскольку новый орбитально-энергетический уровень очень нестабилен, поскольку электростатическая сила и другие квантово-механические эффекты могут тянуть его назад, поэтому он падает обратно в атом, и из-за сохранения энергии электрон испускает фотон, и когда он снова достигает стабильной конфигурации, где принцип неопределенности Гейзенберга и квантовые силы снова достигают равновесия.и когда он снова достигает стабильной конфигурации, где принцип неопределенности Гейзенберга и квантовые силы снова достигают равновесия.и когда он снова достигает стабильной конфигурации, где принцип неопределенности Гейзенберга и квантовые силы снова достигают равновесия.
Вот почему каждый атом имеет определенный спектр света, который он также излучает из-за падения электрона на определенный энергетический уровень. Это также причина, по которой работает фотоэлектрический эффект!
СЭМ