Версия механизма возникновения теплового излучения в КМ?

[Sergeevich]

Интересно, как квантовая механика описывает механизм возникновения теплового (ЭМ) излучения?
(в архивах форума не нашел)

Известно, что электромагнитное излучение - фотоны ( в терминологии КМ - бозоны),
которые возникают в результате "механических" колебаний частиц вещества ( --//-- фермионов).

И попутный вопрос:
С другой стороны - известно, что относительное движение, с ускорением,
заряженной частицы (фермиона) рождает ЭМ, движение нейтральной - нет.
Следует ли отсюда, что нейтронный поток, звезда и т.п. не будет излучать ЭМ волны?

[Munin]

Тепловое излучение (как процесс) - это такое же излучение, как и излучение отдельного возбуждённого атома.
По поводу возбуждённых атомов в КМ рассматриваются три модели:
- поля вообще не учитывается, возбуждённое состояние стационарное - собственное состояние гамильтониана;
- поле учитывается "полуклассически" (то есть, атом квантовый, а поле неквантовано) - можно найти частоту перехода (положение линии), качественно понять причину излучения;
- поле учитывается квантово - можно рассчитать процесс излучения, найти ширину линии.
Третья модель обычно выносится из курса КМ в курс КЭД.

В тепловом излучении, в качестве излучающей системы выступает не отдельный атом, а целое твёрдое тело. У него другие энергетические уровни, и в результате переходы между этими уровнями образуют тоже другой спектр - непрерывный, а не линейчатый.

Нейтроны не являются чисто нейтральными. У них есть магнитный момент, и возможно, квадрупольный электрический момент. Кроме того, они распадаются на протоны и электроны, а эти частицы, двигаясь после распада, порождают излучение.

Нейтронная звезда не состоит целиком из нейтронов, её вещество содержит примесь протонов и электронов, а поверхность состоит из ядер железа (вместе с электронами - в виде металлической коры). Так что, ей есть чем излучать тепловое излучение.

[Sergeevich]

С примером нейтронной звезды я действительно погорячился, она не чисто нейтронная.

Munin в сообщении #707791 писал(а):

Нейтроны не являются чисто нейтральными. У них есть магнитный момент, и возможно, квадрупольный электрический момент.

Насколько известно, магнитное поле вторично по отношению к электрическому - магнитного монополя не существует.
Следовательно, можно предположить, что "внутри" нейтрона действительно циркулирует электрическое, но это уже другая тема.
Так например, кольцо тороида, в котором циркулирует электрический ток будет иметь магнитное поле, но он не обязательно не будет иметь электростатический заряд.

Интересный вывод получается относительно свойств нейтронного потока (луча) в вакууме:
Если представить, что луч состоит из одних нейтронов (либо других нейтральных фермионов) и они не распадаются ,
то мы никаким образом не сможем удаленно зафиксировать этот поток, какой бы он не был мощности.

Теперь, если я правильно понял, на счет механизма теплового излучения:
Оно может возникать только в атомах (квантовано - порциями) за счет перехода атома из одного энергетического состояния в более низкое.
Здесь я не беру в расчет фотоэффект, хотя это тоже ЭМ излучение.

Остается вопрос, (возьмем атом водорода) если для электрона переход из одного
возбужденного состояния в другое мы можем представить, как переход с орбиты на орбиту,
то что будет представлять собой переход для +иона водорода?

Другими словами:
Представим себе плазму из протонов (ион водорода) - будет ли она горячая?
Если будет, то что представляет собой возбуждение протонов?

Прошу меня поправить, если не совсем ясен вопрос.

[graviton]

Sergeevich в сообщении #708110 писал(а):

Представим себе плазму из протонов (ион водорода) - будет ли она горячая?
Если будет, то что представляет собой возбуждение протонов?

Если рассматривать плазму как идеальный газ, то почему бы и нет?

[DimaM]

Sergeevich в сообщении #708110 писал(а):

Другими словами:
Представим себе плазму из протонов (ион водорода) - будет ли она горячая?
Если будет, то что представляет собой возбуждение протонов?

А зачем именно "возбуждение"? Теплового движения вполне достаточно.

[Sergeevich]

graviton в сообщении #708128 писал(а):

Если рассматривать плазму как идеальный газ, то почему бы и нет?

DimaM в сообщении #708132 писал(а):

А зачем именно "возбуждение"? Теплового движения вполне достаточно.

Спасибо за ответы.
Я в принципе, так себе и представлял - перемещение (колебание) заряда в пространстве должно приводить к возникновению ЭМ волн.
Но вопрос возник из-за того, что наверняка (я не знаю), тепловое излучение иона водорода
будет иметь не сплошной спектр, а квантованный в зависимости от температуры, по аналогии с тепловым излучением атома .
(Сейчас не могу найти эту формулу - там присутствовала постоянная Планка)
Если это так, то получается, что существует некоторое ограничение на "свободу" колебательного движения данной элементарной частицы.
То есть, нет плавного перехода от одной частоты излучения к другой при изменении температуры.
Или я не прав?

[Sergey K]

Sergeevich писал(а):

Если это так, то получается, что существует некоторое ограничение на "свободу" колебательного движения данной элементарной частицы.

электрона в потенциальной яме? да. Атома вокруг положения равновесия? да. Как только появлявляются какие-то ограничение, сразу появляется дискретность. У свободного электрона, никаких уровней нет.

Sergeevich писал(а):

То есть, нет плавного перехода от одной частоты излучения к другой при изменении температуры.

при очень больших уровнях возбуждения, переходы можно считать квазинепрерывными.

[rustot]

Sergey K в сообщении #708171 писал(а):

электрона в потенциальной яме? да. Атома вокруг положения равновесия? да. Как только появлявляются какие-то ограничение, сразу появляется дискретность.

единственный свободный электрон в вакууме под действием поля низкочастотной электромагнитной волны макроскопически колеблется, ускоренно, а значит занимается поглощением и переизлучением части волны. а раз поглотить и излучить он может только фотоны целиком значит его энергия тоже должна меняться дискретно?

[Sergeevich]

Sergey K в сообщении #708171 писал(а):

Sergeevich писал(а):
Если это так, то получается, что существует некоторое ограничение на "свободу" колебательного движения данной элементарной частицы.

электрона в потенциальной яме? да. Атома вокруг положения равновесия? да. Как только появлявляются какие-то ограничение, сразу появляется дискретность. У свободного электрона, никаких уровней нет.

Обращаю Ваше внимание - речь идет о данной свободной частице - протон, а не электрона в составе атома водорода.
Из Вашего ответа, как я понимаю, и для протона никаких уровней дискретности теплового излучения нет?

-- 10.04.2013, 17:02 --

rustot в сообщении #708190 писал(а):

единственный свободный электрон в вакууме под действием поля низкочастотной электромагнитной волны макроскопически колеблется, ускоренно, а значит занимается поглощением и переизлучением части волны. а раз поглотить и излучить он может только фотоны целиком значит его энергия тоже должна меняться дискретно?

А действительно, может это и есть причина квантования теплового излучения свободной заряженной частицы.

[Sergey K]

Свободный электрон фотон поглотить не может. Более того, раз он не в потенциальной яме - а просто полем туда-сюда гоняется, то и нет четко выраженных энергетических уровней. Уровни есть у атома, в молекуле итд... Подчеркиваю, у свободного электрона. Насколько его можно считать свободным в плазме - не знаю.

[Munin]

Sergeevich в сообщении #708110 писал(а):

Насколько известно, магнитное поле вторично по отношению к электрическому - магнитного монополя не существует.

Неправильно вам известно. Магнитного монополя не существует, но магнитное поле не вторично по отношению к электрическому. Они равноправны, и вместе составляют единое электромагнитное поле.

Sergeevich в сообщении #708110 писал(а):

Интересный вывод получается относительно свойств нейтронного потока (луча) в вакууме:
Если представить, что луч состоит из одних нейтронов (либо других нейтральных фермионов) и они не распадаются , то мы никаким образом не сможем удаленно зафиксировать этот поток, какой бы он не был мощности.

Только если говорить об электромагнитном излучении. Но есть и другие способы регистрации. Например, в конце 20 - начале 21 века появился и быстро развился способ измерения гравитационного поля, создаваемого большими скоплениями массы, не испускающей света.

Sergeevich в сообщении #708110 писал(а):

Теперь, если я правильно понял, на счет механизма теплового излучения:
Оно может возникать только в атомах (квантовано - порциями) за счет перехода атома из одного энергетического состояния в более низкое.

Нет, неправильно. Не только в атомах, но и в любых системах. Например, кристалл - это не атом. И излучает он как целое, а не отдельными атомами.

Sergeevich в сообщении #708110 писал(а):

Остается вопрос, (возьмем атом водорода) если для электрона переход из одного
возбужденного состояния в другое мы можем представить, как переход с орбиты на орбиту,
то что будет представлять собой переход для +иона водорода?

Для иона водорода $\mathrm{H^+}$ такого излучения не будет. Но такой ион вызывает возмущения зарядов в окружающей среде, будь это плазма или нейтральные атомы, и за счёт этих возмущений может излучать - это будут переходы в континууме уровней, торможение его движения. Кроме того, он может рекомбинировать со свободным электроном - это будет свободно-связанный излучательный переход.

Sergeevich в сообщении #708110 писал(а):

Другими словами:
Представим себе плазму из протонов (ион водорода) - будет ли она горячая?
Если будет, то что представляет собой возбуждение протонов?

Плазма будет горячая - в той степени, какую скорость имеют протоны. Другое дело, что плазма не может состоять из одних протонов - в ней обязательно должны быть и отрицательные заряды. Обычно плазма состоит из протонов и электронов. В ней есть температура и соответствующее тепловое излучение, хотя вызвано оно в основном взаимным движением отдельных заряженных частиц: протонов и электронов. Хотя физика плазмы сложнее, в ней могут быть разные другие эффекты.

Sergeevich в сообщении #708149 писал(а):

Я в принципе, так себе и представлял - перемещение (колебание) заряда в пространстве должно приводить к возникновению ЭМ волн.

Это неправильно. К возникновению электромагнитных волн приводят такие варианты:
- ускоренное движение или колебание заряда. Простого перемещения недостаточно.
- взаимное перемещение нескольких зарядов.

Один заряд, движущийся неускоренно, ничего не излучает, а просто "тащит" за собой своё кулоновское поле. По принципу относительности, можно перейти в систему отсчёта, в которой он неподвижен, а в ней он ничего не может излучать.

Sergeevich в сообщении #708149 писал(а):

Но вопрос возник из-за того, что наверняка (я не знаю), тепловое излучение иона водорода
будет иметь не сплошной спектр, а квантованный в зависимости от температуры, по аналогии с тепловым излучением атома .

Это всё неправильно. Никаких аналогий тут нет. Спектры у разных систем разные, и должны рассматриваться каждый раз отдельно.

Sergeevich в сообщении #708149 писал(а):

Если это так, то получается, что существует некоторое ограничение на "свободу" колебательного движения данной элементарной частицы.

Частица не может колебаться сама по себе. Она может колебаться, только если взаимодействует с другими частицами (например, электрон в атоме взаимодействует с ядром). Тогда образуется система колебательных уровней.

-- 10.04.2013 18:59:47 --

Sergeevich в сообщении #708201 писал(а):

А действительно, может это и есть причина квантования теплового излучения свободной заряженной частицы.

Давайте поговорим ещё о причине, по которой единороги в Лондоне зелёного цвета. У свободной заряженной частицы нет теплового излучения вообще, и соответственно, нет и его квантования.

[rustot]

Sergey K в сообщении #708210 писал(а):

Свободный электрон фотон поглотить не может. Более того, раз он не в потенциальной яме - а просто полем туда-сюда гоняется, то и нет четко выраженных энергетических уровней. Уровни есть у атома, в молекуле итд... Подчеркиваю, у свободного электрона. Насколько его можно считать свободным в плазме - не знаю.

то есть свободный электрон никакого влияния на пролетающую электромагнитную волну оказать не может, будет просто колебаться ничего не поглощая и не переизлучая, а если в проводнике - то может?

[Munin]

rustot в сообщении #708249 писал(а):

то есть свободный электрон никакого влияния на пролетающую электромагнитную волну оказать не может

Нет. Она частично от него отразится. Но она не сможет ни поглотиться, ни излучиться.

-- 10.04.2013 19:50:23 --

Sergey K в сообщении #708210 писал(а):

Более того, раз он не в потенциальной яме - а просто полем туда-сюда гоняется, то и нет четко выраженных энергетических уровней. Уровни есть у атома, в молекуле итд... Подчеркиваю, у свободного электрона. Насколько его можно считать свободным в плазме - не знаю.

У свободного электрона - континуум уровней. В плазме тоже континуум - хотя и немного других.

[ivanhabalin]

При 0 градусов К. Хаотического движения в в-ве нет. Есть только упорядоченное движение. При этом излучения отсутствуют. Появление хаотического движения связано с появлением излучения и по наличию излучения можно сказать, что температура в-ва выше 0. Или как?

[Sergey K]

есть нулевые колебания. но их сбросить нельзя, поэтому не излучает