如何通俗地解釋 量子躍遷 ?

時間 2021-05-06 11:42:53

1樓:終結只是浮雲

量子躍遷,就是微觀狀態發生跳躍式變化的過程。由於微觀粒子的狀態常常是分立的,所以從乙個狀態到另乙個狀態的變化常常是跳躍式的。量子躍遷發生之前的狀態稱為初態,躍遷發生之後的狀態稱為末態。

在外界作用下,任何一種量子力學體系狀態發生跳躍式變化的過程。電子在光的照射下從高(低)能級跳到低(高)能級,就是一種典型的量子躍遷過程,通常稱為能級躍遷。在原子狀態發生躍遷的同時,將放出(吸收)乙個光子。

量子躍遷的微觀變化形式在巨集觀世界中不成立,其微觀的物理變化不同於巨集觀。量子躍遷其實是乙個如快放電影般的連續過程,而不是人們此前所想的那種「瞬間發生」的非連續事件。事實上,早在2023年就有研究團隊通過實驗證實,量子躍遷需要時間。

耶魯大學這次發現量子躍遷不僅需要時間,而且每次躍遷之前會發出乙個預警訊號。

2樓:emmm

躍遷這個詞語是波爾為了解釋氫原子的光譜的不連續性提出的。

當時人們已經知道,假如你拿一束光去照氫原子,當然我們假設這束光混合有各種顏色(波長),氫原子只會吸收其中幾種顏色(波長),而對其它波長放行。你仔細地去看氫原子吸收的光的波長,誒你發現還非常有規律,你要知道,不同波長的光子它有不同的能量,波長越短,能量越高,這等於說氫原子只吸收一定能量的光子。

奇思妙想的波爾提出,要能解釋這種現象,只能假設,氫原子中電子執行時,只能取一些離散的軌道(軌道越大,氫原子能量越高),而不能取這些離散的軌道中間的的任何乙個軌道。這樣,電子要想從乙個軌道跳到另乙個軌道,那只能是吸收乙份特定的能量(這份能量就是兩個軌道之間的能量差)。波爾把這種電子從乙個軌道跳到另乙個軌道的物理過程叫做躍遷。

當然這個理論是錯的,因為電子在氫原子中不可能具有軌道,軌道是在巨集觀尺度上才有的東西,微觀尺度,不能先驗地認為有軌道。波爾的理論,雖然能精確推導氫原子能吸收哪些光,卻解釋不了,作圓周運動的電子為什麼就不輻射電磁波(這是電動力學的結果)。

之後薛丁格提出了薛丁格方程,波昂給了波函式乙個概率解釋,這時候量子力學才真正成型,大家重新考慮了這個問題,發現波爾大多數思想是對的,比如說軌道離散,比如說躍遷,只要稍微改一下,照搬過來就可以了。波爾所說的離散的軌道,實際上是分立的量子態,不同軌道之間的躍遷,實際上是量子態之間的躍遷。當然這其中涉及到概率問題,電子有可能百分之一百地躍遷,也有可能帶一定概率躍遷,比如電子以百分之五十的概率躍遷,這時候,就會產生乙個同時處於原先軌道和躍遷後的軌道的電子態,即所謂的疊加態。

(當然疊加態是哥本哈根的正統觀點)

說句大白話,就是物理實體從某個狀態,突然變到另乙個狀態。

3樓:雨中芭蕉

巨集觀物體運動連續的,比如地球圍繞太陽旋轉,運動軌跡是橢圓是連續的路線。微觀量子的運動軌跡是不連續的,比如電子此刻在北京,下一時刻是在上海,但是電子沒有經過任何北京到上海的路線,可以說是下一時刻在上海出現了,如果把電子出現的位置比喻成樓房,那麼樓房的每層層高是不同的,比如1樓是2公尺高,那麼2樓是3公尺高,3樓是5公尺高,而且電子出現的具體位置不確定,出現的位置是可以用概率描述,比如出現在1樓的概率為10%,出現在2樓的概率為15%等等,電子是通過吸收或者釋放能量實現躍遷的,能量子的有一定的能量值,說以說電子吸收的能量是不連續的,比如能量級為1、2、3等等。

4樓:BIGWJZ

根據薛丁格方程

禁錮在一維方盒中的粒子滿足:

所以其能量離散,n不同值對應不同能級。

能級不是你想出來的,而是解微分方程算出來的。

對於其他V(x),有類似結論。

但是你要問薛丁格方程從哪來我也沒辦法。

這怕不是個釣魚問題,看看下面那一群群人,中國人民還是如此喜愛科學啊,真欣慰

5樓:盧健龍

一如既往地,物理基礎知識匱乏的 @雷奕安 副教授又開始在知乎上展現其好為人師的一面,給出的回答卻總是包含很多基礎知識性錯誤

1. 雷奕安在其回答中寫道:

但是在微觀狀態下,電子有乙個最低能量。在這個能量上,電子是穩定的,不會輻射,也不會掉到原子核上(不考慮非常特殊的核反應)。並且,如果電子能量增加,只能一次吸收某些特定的能量值。

這些能量值,叫做原子的能級。最低的能級,叫做原子的基態。其它的叫激發態。

這段話中對「能級」的定義是錯的。

在量子躍遷中,電子所吸收或放出的那些特定大小的能量值並不是能級(energy level),而是不同能級之間的能量差。最簡單以及最常見到的例子就是氫原子的能級。

能級只是大學的普通物理學中的乙個簡單的概念。

2. 雷奕安在其回答中寫道:

每乙個特定的原子和離子都有自己的一套能級

這也是錯的。

氫離子就是乙個反例,氫離子並沒有對應的電子能級

3. 雷奕安在回答中寫道:

原子中的電子,只有在基態是穩定的,處於上面的任何一處能級上都是不穩定的,一般會自發遷移到它下面的能級上,並以光子的形式釋放相應的能量。

這更是錯的。

原子中電子的穩定與否並不僅僅取決於能級,還要看更低能級是否被其他電子所佔滿。元素週期表中有大量原子都擁有不處於基態的電子,但這些電子都是穩定的,並不會自發躍遷到更低的能級。

4. 雷奕安還在回答中給出了所謂的 「還沒有回答的問題」 讓讀者去思考:

1、光子究竟是什麼?如果電子變化不受躍遷定則限制,光子的自旋數就會有問題。光子是電子能級變化產生的,只有能量和自旋兩個物理量,沒有靜質量,它是粒子嗎?

2、所有的譜線,扣除都卜勒效應等之後,都有乙個寬度,叫做譜線的內稟線寬,反映了該譜線的穩定性(自發躍遷壽命),那麼光子的能量就不是確定的。能量不確定性和壽命不確定性滿足海森堡不確定性原理。光子的能量不確定是什麼意思?

它已經不能再衰變了。而且它的能量不是應該量子化的嗎?

3、能級的分立性,或者說量子化,到目前為止,來自於量子化的要求,也即角動量量子化的要求,那麼角動量為什麼必須是量子化的?角動量量子化需不需要理由?如果需要,是什麼?

(這個問題其實可以回答)

4、電子是費公尺子,滿足泡利不相容原理。乙個電子只能佔據一條能級。但是原子除了庫倫勢、軌道自旋耦合等原因產生的能級外,還有精細結構,超精細結構等,那麼這些結構產生的能級算不算電子可以佔據的能級?

算,或者不算的理由是什麼?

可惜這些問題都並不是什麼 「還沒有回答的問題」,它們只是源於雷奕安的物理基礎知識的匱乏。

對於第乙個問題,學過量子場論和粒子物理的學生都可以回答,不需要在這裡贅述。對於第二個問題和第三個問題,只需要學過基礎的量子力學就可以回答,所以也不需要贅述。鑑於雷奕安副教授的知識水平,我認真地建議其從普通物理學開始學起。

第四個問題中雷奕安對泡利不相容原理的表述和理解是錯的。泡利不相容原理所說的並不是什麼「乙個電子只能佔據一條能級」,而是不能有兩個相同的費公尺子(比如電子)同時處於相同的量子態。至於精細結構和超精細結構的能級,建議雷奕安副教授去上一下本科生課程physical chemistry。

思而不學則殆。不要拿著無知當思考。

6樓:朱成斌

原子模型是中子衰變出中微子和電子後變成質子,這個電子是由中子突然衰變激發出加速度變化的電子是會放光電。再就是原子的正負電子對毀滅發光。

楊振宇的宇稱不守恆,是指衰變發的光子無質量不受原子引力吸引向原子外運動,電子有質量受引力吸引在原子內運動。所以原子與原子之間,每個原子既都會向外輻射發光熱能,又會吸收鄰近原子輻射出的光熱能推動自身電子對運動(毀滅)。

原子運動不是自身狹隘的自個孤獨電子軌道的失電降速吸光電公升速的躍遷。而原子與原子之間既輻射光能,又吸收光能,來相互既排斥又吸引結合分子萬物。

7樓:雷奕安

量子躍遷一般指的是原子或者準原子中的電子在不同能級之間的轉換。這種轉換導致電子的能量發生變化,同時放出(如果能量變低)或者吸收(能量變高)乙個光子。「躍遷」中的「躍」是指能量不能連續變化,只能從某個特定值變化到另乙個特定值;「遷」就是遷移,變化的意思。

「量子」表示是量子過程,也代表不連續性。

巨集觀狀態下,乙個負電荷圍繞乙個大質量正電荷運動,如果按照基本的庫倫勢計算,電子的執行軌道是乙個橢圓,勢能和動能都可以連續變化,與引力勢下行星圍繞恆星運動類似,沒有躍遷的概念。巨集觀狀態下,如果不考慮輻射損失,負電荷的軌道是穩定的。但實際上總是有電磁輻射的,所以負電荷的軌道會逐漸降低,會以螺旋軌道掉到正電荷上。

這個過程也是連續的。

但是在微觀狀態下,電子有乙個最低能量。在這個能量上,電子是穩定的,不會輻射,也不會掉到原子核上(不考慮非常特殊的核反應)。並且,如果電子能量增加,只能一次吸收某些特定的能量值。

這些能量值,叫做原子的能級。最低的能級,叫做原子的基態。其它的叫激發態。

每乙個特定的原子和離子都有自己的一套能級,原子的狀態包括原子核的狀態,核外電子的電離和分布情況,是否處在磁場中,等等。

原子中的電子,只有在基態是穩定的,處於上面的任何一處能級上都是不穩定的,一般會自發遷移到它下面的能級上,並以光子的形式釋放相應的能量。自發遷移或者說躍遷可以到下面的任何一條能級(注意,學過大學原子物理的讀者也許會提出有躍遷定則,也就是有的躍遷可以發生,有的不能。不是這樣的,都可以發生,只是概率不一樣),同時放出相應的光子。

反之亦然。處於低能級的電子可以吸收乙個光子到高能級,同樣不受躍遷定則限制。

乙個問題是,電子是突然瞬時吸收或放出光子,還是逐漸變化過去的?早期量子論由於是非相對論的,並不能回答這個問題。在早期的譜線研究中,這個問題也不重要。

最近的一項實驗研究認為躍遷是連續、相干、並且可逆的。

這裡有一些還沒有回答的問題,有興趣的讀者可以自己思考。

1、光子究竟是什麼?如果電子變化不受躍遷定則限制,光子的自旋數就會有問題。光子是電子能級變化產生的,只有能量和自旋兩個物理量,沒有靜質量,它是粒子嗎?

2、所有的譜線,扣除都卜勒效應等之後,都有乙個寬度,叫做譜線的內稟線寬,反映了該譜線的穩定性(自發躍遷壽命),那麼光子的能量就不是確定的。能量不確定性和壽命不確定性滿足海森堡不確定性原理。光子的能量不確定是什麼意思?

它已經不能再衰變了。而且它的能量不是應該量子化的嗎?

3、能級的分立性,或者說量子化,到目前為止,來自於量子化的要求,也即角動量量子化的要求,那麼角動量為什麼必須是量子化的?角動量量子化需不需要理由?如果需要,是什麼?

(這個問題其實可以回答)

4、電子是費公尺子,滿足泡利不相容原理。乙個電子只能佔據一條能級。但是原子除了庫倫勢、軌道自旋耦合等原因產生的能級外,還有精細結構,超精細結構等,那麼這些結構產生的能級算不算電子可以佔據的能級?

算,或者不算的理由是什麼?

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