Время, необходимое электрону или атому для поглощения фотона

Когда атом или электрон поглощает фотон, перед взаимодействием у вас есть электрон и фотон (возможно, виртуальный). После этого у вас есть возбужденный электрон (или атом). Сколько времени нужно на смену?

Согласно моему простому пониманию, изменение, когда оно происходит, происходит мгновенно. Казалось бы, сохранение энергии требует, чтобы в определенный момент времени фотон уходил, а электрон/атом переходил в более высокое энергетическое состояние. Это не похоже на квантово-механические переменные, которые обычно связаны с неопределенностью.

Есть ли на самом деле какая-то дельта-t для продолжительности события?

Кажется странным, что такое классическое понятие механики о переменной, времени, переносится в КМ.

Хорошие ответы на этот вопрос могли бы отличить поглощение фотона, исходящего от ЭМ поля в фоковском состоянии, от случая, когда ЭМ поле находится в когерентном состоянии. Процессы не совсем разные, но их различение может помочь опровергнуть очень распространенное мнение, что Вселенная полна одиночных фотонов, летающих вокруг и взаимодействующих с атомами. Фоковские состояния существуют, но обычно только в лаборатории. В Природе мы в основном имеем когерентные состояния.
...продолжение... Вопрос сохранения энергии делает этот вопрос еще более сложным, потому что представление ОП о наличии или отсутствии фотона слишком грубо для квантовой механики. В квантовой теории фотон может находиться в суперпозиции там и не там...

Ответы (1)

Можно утверждать, что количество времени, необходимое для испускания фотона, по существу равно «длине когерентности» фотона. Установите интерферометр, пропускайте через него одинаковые фотоны по одному и выясните, какая разница в длине пути необходима, чтобы фотоны не образовали интерференционную картину. Фотон можно представить себе как волновой пакет такой длины. Эта разница в длине пути и есть длина когерентности фотонов. Фотон можно представить себе как волновой пакет такой длины. В наши дни нет ничего необычного в том, что лазер имеет длину когерентности в несколько метров, что соответствует десяти или более наносекундам времени прохождения.

Мне очень нравится этот ответ, потому что он дает хороший экспериментально измеримый способ доступа к времени эмиссии. Было бы неплохо добавить что-то о том, что влияет на длину когерентности, например, о дипольном моменте атомного перехода и т. д.
Проблема с этой интерпретацией заключается в том, что в обычном проявлении квантованного ЭМ поля («фотоны») они монохроматичны. Волновой пакет не может быть фотоном.
Проблема с идеей, что фотон является монохроматическим, заключается в том, что он должен быть связан с бесконечно длинной последовательностью волн, чтобы быть монохроматическим. Не должно быть абсолютно никакой неопределенности в его частоте, чтобы он был монохроматическим. Это просто не соответствует духу квантовой механики!
Как это можно было аргументировать? А что вы подразумеваете под "длиной когерентности фотона"? Определение такого свойства для одиночного фотона неочевидно и имеет много тонкостей, т.е. вы просто прячете все трудности с получением "времени излучения" внутри слова "длина когерентности". См. также physics.stackexchange.com/q/259116/50583 и связанные с ним вопросы.
Конечно, измерение одиночного фотона не может показать ничего, кроме его энергии, времени прихода и поляризации; и может выявить эти значения только в пределах, установленных неопределенностью QM. Единственный способ сделать вывод о распределении вероятностей этих значений (из которых, в свою очередь, можно вывести длину когерентности) — провести измерения на большом количестве идентично генерируемых фотонов. «Продолжительность времени», связанная с испусканием фотона, в контексте КМ поддается измерению только статистически.
Есть веские причины приписывать форму волнового пакета одиночным фотонам, например: arxiv.org/pdf/0905.4583.pdf , что позволяет разумно думать, что «длина когерентности фотона» имеет физический смысл.
Позвольте мне задать связанный более простой вопрос. В копенгагенской интерпретации квантовой механики, если измеряется спин электрона, не находящегося в собственном состоянии (как +1/2, так и -1/2), то волновая функция коллапсирует к одному или другому. Определяет ли формализм квантовой механики в этой интерпретации конечную продолжительность коллапса, или он мгновенный, или этот формализм не решает этот конкретный вопрос или определяет его как бессмысленный?
Я скептически отношусь к любому утверждению, что что-то происходит «мгновенно», когда речь идет о пространственном разделении или пространственной протяженности.
Время, необходимое электрону или атому для поглощения фотона
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v