Почему в атоме, когда электрон теряет энергию, высвобождается фотон? Если фотоны безмассовые, то как они создаются в этом процессе и почему?

Мы верим, что существует нечто, называемое электромагнитным полем, это невидимое взаимодействие, точно так же, как гравитация, которая тянет вас вниз, электромагнитное поле — это сила, действующая на магнитную материю и электрически заряженную материю.

Фотон является возбуждением этого поля. Подумайте об этом так: если электрическое поле — это большой лист ткани, то фотон — это волны, возникающие на поверхности. Электрон может создавать фотоны, потому что электрон электрически заряжен, поэтому он может создавать вокруг себя электрическое поле, и если электрон движется быстро или колеблется, он будет излучать эти волны (фотоны), как если бы вы взяли одну часть листа ткани. и быстро переместите его или переместите вверх и вниз, вы увидите волну, выходящую из того места, где вы его перемещаете.

Я пытался быть очень кратким, но, пожалуйста, попросите меня дать дополнительные разъяснения, если это необходимо.

Простая картинка:

Из классического электромагнетизма мы знаем, что ускоренный заряд излучает электромагнитные волны.

Одна из причин, по которой мы пришли к квантово-механической модели атома, заключается в том, что в классическом понимании электрон, вращающийся вокруг положительного заряда, из-за радиального ускорения будет излучать непрерывный спектр, пока не упадет на положительный заряд и не нейтрализует его. Этого, по-видимому, не произошло, потому что атомы, как простейший атом водорода, существуют и устойчивы.

Когда электрон падал на протон с образованием водорода, наблюдения показали, что излучается определенный энергетический спектр.

Серия Бальмера

который может быть оснащен математическим рядом на дискретных частотах.

Это привело к модели атома Бора, в которой для объяснения ряда постулировалось, что существуют орбиты электрона, которые были бы стабильны, если бы они не были возбуждены падающим излучением, а видимые линии были переходами между орбитами.

В то же время Планк постулировал наличие фотонов, дискретных частиц, излучающих свет с частотой h*nu, для объяснения излучения черного тела.

Открытие того, что уравнение Шредингера может дать решения для электрических потенциалов атомов водорода, и они соответствуют спектру водорода, связало все дело.

Фотоны являются квантами электромагнитного спектра, и они поглощаются или излучаются при взаимодействии с атомами, потому что атом в основном удерживается вместе электрическим потенциалом, который дает квантованные уровни энергии, а не континуумом классической теории, в которой не было фотонов.

У квантовой механики есть большая проблема: она очень абстрактна и иногда противоречит здравому смыслу, когда вы собираетесь углубиться. Не волнуйтесь, с этим приходилось сталкиваться любому, кто интересуется квантовой механикой. Тот факт, что вы обеспокоены этим, является хорошим признаком того, что вы пройдете успешно.

Безмассовый фотон безмассов с точки зрения стационарной массы. Вся энергия находится в форме кинетической энергии в терминах специальной теории относительности Энинштейна. Когда фотон останавливается, вся его энергия переходит в любую другую форму, и его энергия обращается в нуль, т. е. он вообще перестает существовать. На самом деле фотон — это всего лишь теоретическая конструкция, позволяющая обмануть наш разум, чтобы он мог переварить все свойства света.

Фотон по своему происхождению является просто теоретической конструкцией, как можно описать квантовую теорию Планка, где энергия излучается не непрерывным энергетическим потоком, а небольшими порциями. Эти порции энергии были названы фотонами.

Вы знаете, что идеальный маятник запасает механическую энергию в виде кинетической и потенциальной энергии. Вы знаете, что связанные маятники могут передавать энергию из одной точки в другую. Попробуйте это с вашим другом. Держите веревку за оба конца, немного натяните ее, а затем взмахните рукой, держащей веревку. Вы увидите, как горб бежит к вашему другу, и, наконец, взмахнете ему рукой. Если считать веревку электромагнитным полем, то горб — это фотон. Проблема примера с тканью заключается в том, что фотонный горб локализован как на расстоянии от вас, так и в направлении от вас. Это больше похоже на мяч, отправленный вами куда-то, когда наблюдатель находится внизу (и может видеть только форму ткани). И гул представляет собой не фактическое смещение, а амплитуду колебаний в положении горба.

Горба не было, когда вы взмахивали рукой; она появилась (как это делают фотоны, когда возбужденный атом выходит на стабильный уровень) и исчезала, когда ударяла вашего друга (как фотоны, когда они ударялись о возбуждающий его атом).

Не следует думать о поле как о поверхности, поле — это математический расчет явления. Это абстракция. Что на самом деле представляет собой поле, так это сила в каждой точке. Когда источник поля колеблется, перестройка значений силы в каждой точке происходит в движении, которое можно аппроксимировать математической волной. Но эта перестройка сама по себе несет энергию, которая является энергией, связанной с волной. Можно видеть, что все это математическая чепуха для физического явления, которое трудно себе представить.

Фотон, опять же, является лишь, так сказать, «единицей» этой перестройки. Ясно, что у него не может быть массы, потому что это не объект, а абстракция.

Если вы высвободите потенциальную энергию, хранящуюся в части воды, которая механически поднята над уровнем поверхности воды, энергия будет излучаться в виде волн. Эти волны уносят энергию, но не имеют массы.

_{(источник: nahraj.to )}

(Из Википедии https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/Shallow_water_waves.gif )

В атоме потенциальная энергия от движения электрона в кулоновском потенциале (притяжение электрона и протона) также высвобождается в виде волны, но сила, вызывающая потенциальную энергию, является электромагнитной, а результирующая волна — электромагнитной.

Теперь из-за квантовой механики существуют дискретные уровни энергии и кванты света - фотоны, но это все равно электромагнитная волна.

Вы правы, фотоны не имеют массы и являются лишь формой энергии.

Так как электрон при получении энергии переходит в более высокое состояние, но одновременно становится неустойчивым. Таким образом, он отбрасывает лишнюю полученную энергию для достижения своей стабильности.

Теперь эта энергия должна куда-то деваться, и экспериментальные данные показывают, что при достижении устойчивых состояний образуются световые полосы одинаковой частоты. Равная энергия предполагает, что не произошло преобразования или потери энергии.

Поскольку полосы были дискретными, то испускается какая-то дискретная частица. А фотоны — это отдельные частицы, присутствующие в свете и составляющие только энергию. Таким образом производятся фотоны.

ПРИМЕЧАНИЕ. Если вы не знаете или сомневаетесь в каком-либо термине, прочтите о нем, это поможет вам развеять ваши сомнения.

Вот как это происходит. Сохранение энергии также играет роль. Если электрон теряет энергию, он должен куда-то деваться, таким образом, фотон с энергией.