Это может быть глупый вопрос, но, тем не менее, он беспокоит меня.
Если вы возьмете фотон, заставите его пройти через несколько атомов в твердом теле, жидкости или чем-то еще, тогда у вас есть шанс, что этот фотон будет поглощен электроном и тем самым возбудит электрон. Это требует, чтобы у фотона было достаточно энергии, чтобы фактически возбудить электрон на другой энергетический уровень.
Тогда мой вопрос: как фотон узнает, достаточно ли у него энергии или нет? Они взаимодействуют очень быстро, чтобы определить, в порядке это или нет, или это просто то, что они «знают»?
Если вы возьмете изолированный атом водорода, то электрон находится на четко определенных атомных орбиталях, которые являются собственными функциями уравнения Шредингера. Это стабильная система, которая не меняется со временем.
Если теперь ввести колеблющееся электромагнитное поле (то есть свет), то это изменит потенциальный член в уравнении Шредингера, и атомные орбитали водорода больше не будут собственными функциями уравнения Шредингера. Таким образом, электрон больше не может быть описан как или же или любую другую орбиту, а скорее электрон и фотон теперь имеют единую зависящую от времени волновую функцию, которая описывает их обоих. Что произойдет дальше, зависит от того, как эта новая волновая функция будет развиваться со временем. По мере удаления фотона мы ожидаем, что новая волновая функция эволюционирует в одно из трех возможных конечных состояний:
электронная орбиталь не изменилась
электрон на другой атомной орбитали (т.е. он был возбужден) и нет фотона
электрон на другой атомной орбитали (т.е. он был возбужден) и фотон с другой энергией
Вы не можете предсказать, что произойдет, но вы можете рассчитать вероятность трех конечных состояний. Вы обнаружите, что вероятность (2) высока только тогда, когда энергия фотона равна энергетическому промежутку между атомными орбиталями, вероятность (1) приближается к единице, когда энергия фотона не соответствует энергетическому промежутку в атом, а вероятность (3) вообще пренебрежимо мала.
Так что фотону не нужно знать , имеет ли он правильную энергию. Фотон и атом взаимодействуют, образуя единую систему, которая развивается со временем в соответствии с уравнением Шредингера.
Прозрачные среды прозрачны, потому что входящий фотон не соответствует ни одному из доступных энергетических уровней, чтобы передать свою энергию атому , молекуле или кристаллу.
Классическая аналогия состоит в том, что энергетические уровни представляют собой отверстия сита различного размера, через которые проходят только частицы определенного размера. Дело не в знании или настройке, а в собственном размере отверстий сита.
Энергетические уровни, на которых находятся электроны при присоединении к материи, специфичны и определяются входящими в задачу потенциалами. Если фотон имеет правильную частоту, он будет взаимодействовать с атомом/молекулой/решеткой, и энергия, которую он несет, будет поглощена атомом/молекулой/решеткой, а электрон либо будет выброшен, либо просто перейдет на более высокий уровень энергии и отступая, отдаем новый фотон.
Энергия отдается не постоянно, а с правильными квантовыми приращениями, определяемыми материей, с которой она сталкивается.
Свободные электроны существуют, и они взаимодействуют с фотонами . В этом случае фотон может терять свою энергию неквантованным образом, увеличивая энергию электрона и становясь фотоном с меньшей энергией. Это другая история.
Энергия электрона изменяется при его взаимодействии с фотонами, если он достигает большего, то он возбуждается, в противном случае остается на своем месте даже при взаимодействии с фотоном, а также возвращается при распаде, чтобы высвободить фотон. Следовательно, фотоны не знают уровень энергии, который они производят, но это происходит в результате взаимодействия.
Анна В
Джон Ренни
Руслан