Квантовость поглощения света атомами

[valtih1978]

Я изучая квантовую физику чего-то упустил, не понял какая должна быть частота фотона чтобы атом её смог поглотить - точно та, которая соответствует энергии перехода или он сам возмёт столько сколько нужно, пропуская дальше покрасневший свет в виде сдачи?

[Munin]

Сдавать сдачу атому запрещено комбинацией законов сохранения энергии и импульса. Так что он поглощает точно то, что надо. Но это относится только к изолированному атому, например, в газе. В жидкости или в твёрдом теле атом может сразу обменяться импульсами с другими атомами, и поэтому законы поглощения там другие.

[valtih1978]

У меня тоже сложилось такое ощущение. Но я спросил потому что низачто не поверю в то что бывают точные совпадения. Даже если исходить из того что излучение было испущено точно таким же атомом, то вероятность того что приёмник будет двигаться с ровно той же скоростью что и передатчик равна нулю (на теорвере нас учили про непрерывне распределения). А раз так то либо совпадения не будет либо скорости молекул газа дискретны, причём с достаточно крупной грануляностью так что вероятности поглащения получаются вполне реальные. Или существует какое-то квантовое "дальнодействие", такое что передатчик и приёмник "договариваются": когда передатчик испускает, где-то в направлении излучения образуется недостаток ровно этой энергии, так что приём сможет быть осуществлён.

А плотные скопления поглащают целым ансамблем - всей лужей (морем, океаном, планетой)? Типа все сцепленные (квантовое зацепление)? Но если распределение непрерывно то боюсь что у каждого колебания всё равно свой спектр так что даже если рассмотреть все бесчисленные квадриллионы комбинаций распределения энергии летящего фотона по всей планете, число этих комбинаций всё же конечно, а потому она не сможет ответить приёмом на бесконечно редкий случай.

[Munin]

Конечно, абсолютно точного совпадения не требуется, есть некоторая ширина линии. Но при этом никакой "сдачи" не происходит, и линия довольно узкая.

[Alex-Yu]

valtih1978 в сообщении #604301 писал(а):

Но я спросил потому что низачто не поверю в то что бывают точные совпадения.

Поскольку возможно спонтанное излучение, время жизни $\tau$ на неосновном уровне конечно. А конечное время жизни подразумевает некоторую "размазанность" значения энергии $\Delta E \sim \hbar/\tau$ этого уровня. Ширина линии есть, но она мала. Конечно если атом не изолирован, возникают и другие механизмы дополнительно расширяющие линию. Но в любом случае есть так называемая "радиационная ширина линии".

[Munin]

Alex-Yu
А литературу по разновидностям линий и их расчёту у вас есть подсказать?

[Alex-Yu]

Munin в сообщении #604372 писал(а):

А литературу по разновидностям линий и их расчёту у вас есть подсказать?

Ох, что-то и не соображу сразу. Практически любая книга по спектроскопии. Врядли есть что-то универсальное, спектроскопия -- слишком обширная область. Но по существу не такая большая разница, если взять, к примеру, спектроскопию твердого тела (газы всеже отдельная история, там столкновительный механизм уширения и доплеровское неоднородное уширение). Ну возмите хотябы классическую "библию по ЯМР" Абрагама. "Ядерный магнетизм" называется, если не путаю. В общетеоретическом плане какая разница ЯМР или оптика. Правда, в ЯМР радиационного уширения и нет почти (очень мало, там радиационные времена жизни чуть ли не сравнимы с возрастом вселенной, не помню конкретно, но в любом случае не сложно оценить). Его, радиационное уширение ("естественная ширина линии") вообще трудно наблюдать (кроме ядерной спектроскопии, с энергиями в МэВ-ы). Обычно другие механизмы дают много бОльшую ширину, на фоне которой радиационной (естественной) можно пренебречь. Теоретическую оценку радиационной ширины (или времени жизни, какая разница) первым дал Дирак.

[Alex-Yu]

Alex-Yu в сообщении #604534 писал(а):

Ну возмите хотябы классическую "библию по ЯМР" Абрагама. "Ядерный магнетизм" называется, если не путаю.

Еще несколько книг вспомнил, древние, но это абсолютно не важно. У того же Абрагама, но уже совместно с Блини, есть двухтомник по поводу ЭПР. И еще очень хорошая книга "Квантовая радиофизика" Файна и Ханина, там и конкретно про оптику есть. Неплохая книжка была "Фотоны и нелинейная оптика" у Клышко, но что-то не припоминаю если там теория ширины линий, там больше о другом.

[Munin]

Alex-Yu в сообщении #604534 писал(а):

Его, радиационное уширение ("естественная ширина линии") вообще трудно наблюдать (кроме ядерной спектроскопии, с энергиями в МэВ-ы).

Фишка в том, что как раз наблюдают, в последний один-два десяток лет, по крайней мере в астрономии. Например, исследуют форму линии - иногда она имеет центральный провал, иногда неравные бока - это имеет астрофизические причины. Разумеется, всё это линии и газы. Я надеялся, у вас по такой спектроскопии есть что на примете. Но то, что вы назвали - тоже спасибо, посмотрю.

[valtih1978]

Alex-Yu в сообщении #604317 писал(а):

valtih1978 в сообщении #604301 писал(а):

Но я спросил потому что низачто не поверю в то что бывают точные совпадения.

Поскольку возможно спонтанное излучение, время жизни $\tau$ на неосновном уровне конечно. А конечное время жизни подразумевает некоторую "размазанность" значения энергии $\Delta E \sim \hbar/\tau$ этого уровня. Ширина линии есть, но она мала. Конечно если атом не изолирован, возникают и другие механизмы дополнительно расширяющие линию. Но в любом случае есть так называемая "радиационная ширина линии".

Нее, вы меня не проведёте, энергия уровня не зависит от того как долго она остаётся заряженной, только от разности между уровнями.

[Munin]

valtih1978 в сообщении #604895 писал(а):

Нее, вы меня не проведёте, энергия уровня не зависит от того как долго она остаётся заряженной, только от разности между уровнями.

Зависит, зависит. От этого появляется так называемая "ширина уровня", которая бывает не только у атомов, но и повсеместно в квантовых системах (для неосновных уровней). Например, нестабильные элементарные частицы характеризуются "шириной", которая может достигать значительной доли от полной массы частицы - тогда такие частицы называются "резонансами".

[Alex-Yu]

valtih1978 в сообщении #604895 писал(а):

энергия уровня не зависит от того как долго она остаётся заряженной, только от разности между уровнями.

Во-первых не надо путать энергию уровня с разностью энергий ДВУХ уровней. Во-вторых энергия имеет точное значение ТОЛЬКО если это стационарное состояние. А стационарное состояние "живет" бесконечно долго. Возбужденные состояния, к примеру, атомов НЕ ЯВЛЯЮТСЯ в точности стационарными (хотя и близки к таковым). Если бы были точно стационарными, то и "жили" бы бесконечно долго, никакого спонтанного излучения не было бы.