Si fotones de energías son continuos y la energía atómica niveles son discretos, ¿cómo pueden los átomos absorben los fotones?

Question

Si fotones de energías son continuos y la energía atómica niveles son discretos, ¿cómo pueden los átomos absorben los fotones? La probabilidad de que un fotón de tener la cantidad correcta de energía para una transición atómica es de $0$.

Answer 1

Esa es una muy buena pregunta!

Hay tres casos, el tercero de los cuales es el más fundamental y más interesante.

El primer caso es incompleta absorción, tales como los rayos gamma, la anulación de perder un par de electrones que pasa. En ese caso las diferencias son atendidos localmente y bastante trivial, mediante la asignación de la energía, el impulso y el spin adecuadamente entre las partes afectadas y el resto de los fotones.

El segundo caso es flexible absorción, que es cuando el receptor de destino es lo suficientemente grande y complejo para absorber lo que la diferencia entre la luz que se emite y a nivel atómico de los receptores de la diana. Un buen ejemplo de este tipo de flexibilidad de la capacidad de absorción de la opsina las proteínas en la retina de su ojo. Estas proteínas son lo suficientemente grandes y complejos que, como lanzador guantes de béisbol, la molécula como un todo, puede absorber a los desajustes de la energía, el impulso, y el giro de cualquier fotón que cae dentro de un cierto lugar amplio rango de frecuencias y polarizaciones. Así, es alguna variante de esta categoría que se ocupa de la flexibilidad necesaria en la mayoría de las formas de absorción de fotones.

El tercer caso y lo más curioso caso que sucede cuando usted comienza a buscar en el quantum lado de la pregunta.

Debido a la mecánica cuántica, no fotón tiene una verdadera ubicación exacta, la energía, el impulso, o la polarización (o spin, básicamente, su momento angular). Un fotón que ha viajado durante mucho tiempo a través del espacio interestelar, por ejemplo, hace bastante bien en la precisión de su frecuencia (de momento y energía), pero es francamente por todo el lugar, en términos de donde podría viento en el espacio. Sin embargo, todavía tiene algunos remanentes de incertidumbre en su frecuencia, incluso después de un largo viaje.

Como con la flexibilidad local de los receptores, tales como las opsinas, este bit de quantum de la frecuencia de la incertidumbre también permite un margen de maniobra en si es o no un fotón es absorbido por un electrón en un átomo. La descripción de la función de onda del fotón en ese caso le permite comportarse como cualquiera de un número pequeño de cerca, pero distintas frecuencias, uno de los cuales será seleccionado cuando se llega incluso a una flexible del receptor, tales como la opsina.

Sin embargo, esta forma final de la flexibilidad es un poco extraño. Si la energía (que es la misma que la frecuencia de un fotón en el espacio) es absolutamente conservado, no es este poco de ambigüedad en la forma de los fotones es "registrados" con una proteína opsina en su ojo va a causar una ligera desviación en algún lugar de la energía total del universo? Por ejemplo, ¿qué pasa si el original átomo que emite el fotón terminó en su energía libros de contabilidad como que emite la emisión de fotones en el inferior de la final de la probable envolvente, pero los átomos en su proteína opsina interpreta como la energía que tiene en la parte superior del extremo del sobre? Si eso sucede, no ha el ojo en caso de que acaba de crear un poco de la energía que no existen en el universo como un todo, y por lo tanto violó la conservación de la energía por sólo un poco?

La respuesta es intrigante y no del todo comprensible desde un punto de vista clásico.

Mientras que la incertidumbre cuántica no permite cierto grado de libertad que hace que la absorción sea posible en un rango de frecuencias, lo hace a un costo a nuestro habitual conceptos de la localidad. Específicamente, cada una de estas evento "enreda" la emisión y absorción de fotones en un solo evento cuántico, no importa cuán separados los eventos pueden parecer ordinario de la hora del reloj.

Cuando digo "enredan" me refiero a la palabra exactamente de la misma especie de misteriosa manera en que es utilizado por la gente que describe computación cuántica. El entrelazamiento es un poco de la física que cruza ordinario de los límites de espacio y tiempo en muy extrañas maneras, pero algunos aspectos de la misma está siempre involucrado en los eventos cuánticos.

Cómo extraño? Bueno, si usted vive en el hemisferio Norte probar algo de esta noche: averiguar dónde está la Galaxia de Andrómeda es, y salir y mirar. Así que: ¿ves?

Si es así, sólo se aseguró de que las frecuencias (energías) de todos los fotones que vi es ahora exactamente equilibrada en la implacable conservación de los libros del universo con la que anteriormente se incierto energías de emisión de fotones de los eventos que tuvieron lugar aproximadamente 2,5 millones de años. Este equilibrio en un sentido real no se produce hasta que echó un vistazo a la galaxia de Andrómeda y obligó a los fotones a renunciar a su ex incertidumbre. Que es como todo el enredo de las obras: La función de onda permanece abierto e incierto hasta que una empresa de detección se produce, entonces, de repente, y, francamente, más bien por arte de magia, todo lo equilibra.

Y en todo este tiempo se creía que no había nada particularmente extraño sobre ordinario basados en la luz de la visión, sí?

Observe, sin embargo, que esta tercera enredo habilitado forma de fotones de la recepción de la flexibilidad sólo funciona dentro de las limitaciones de los fotones de la función de onda.

Esta observación sugiere un experimento que está estrechamente relacionado a tu pregunta original, que es esta: Si usted podría hacer la función de onda de los fotones de manera tan fuerte y estrechamente definido que el deslizamiento habilitado por el enredo ya no se aplica? Iba a su pregunta sobre la "probabilidad cero", a continuación, aplicar, al menos en el límite de una función de onda con ninguna incertidumbre en todos?

La respuesta es sí.

Como resulta, se puede aproximar que "ninguna ambigüedad a la izquierda" en el límite de las funciones de onda de los fotones simplemente aumentando la energía de los fotones. En particular, cuando se levanta en el rango de los fotones gamma, exacto, "tiro libre" absorción (frente a la emisión de un fotón comienza a convertirse en un evento raro, de hecho.

Esta especificidad de los fotones gamma puede ser demostrado experimentalmente mediante el uso de algo llamado el efecto Mössbauer, que es en sí mismo un hermoso y decididamente extraño ejemplo de los efectos cuánticos que inciden en el día a gran escala de la vida. En Mössbauer, grupos de átomos dentro de ordinario trozos de elementos a temperatura ambiente, se comportan como si fueran completamente inmóvil. (La forma de hacer que está más allá del alcance de esta pregunta, pero tiene que ver con una nueva forma de Bose-Einstein de condensación dentro de los modos de vibración de los átomos.)

El efecto Mössbauer permite a tu pregunta para ser explorado experimentalmente en un ordinario de laboratorio. Un grupo de "inmóvil" gamma que emiten los átomos envía rayos gamma a otro "inmóvil" grupo de átomos que pueden absorber exactamente en que la frecuencia de los fotones gamma. A continuación, tratar de jugar con las frecuencias de los fotones gamma cada ligeramente por poner uno de los grupos de átomos en movimiento lineal en relación a la otra.

Entonces la pregunta es esta: ¿qué tan rápido usted tiene que mover uno de los grupos de átomos (que uno no importa) antes de que el grupo que recibió no puede "ver" las frecuencias y absorber los fotones gamma?

Se podría pensar que tendrías que ir a miles de kilómetros por hora tendrá un profundo efecto sobre algo tan enérgico como los rayos gamma, pero es al revés! Incluso una pequeña, pequeña velocidad de un centímetro o así por segundo es suficiente para causar una gran caída en el nivel de absorción de los fotones gamma.

Y es por eso que tu pregunta es realmente interesante: Debido a que está a la derecha. Mientras se toma un poco de trabajo, para establecer y algunos bastante inusual efectos de prueba en la que, al final, lo que realmente es bastante raro para obtener una exacta coincidencia entre la frecuencia emitida por un átomo (o núcleo de un átomo) y la frecuencia de las expectativas de la absorción de átomo. Es sólo a través de tres factores compensatorios -- incompleta de absorción, localmente perdonar absorción, y quantum entanglement-que se obtiene de los altos niveles de "práctico" de la absorción de fotones que hacen que el mundo tal y como la conocemos posible.

Answer 2

Aquí está una experimentales de la respuesta:

Estado:

La probabilidad de que un fotón de tener la cantidad correcta de energía para una transición atómica es 0.

Usted debe ser consciente de que la declaración se cae sólo por la existencia de los láseres, así que su pregunta debe tener una ¿cómo es posible tener los láseres.

1) Un individuo fotón no puede ser etiquetado como continua. Tiene una frecuencia específica nu, y la energía E=h*nu. Es el fotón de frecuencia de espectro que puede ser continua. Puede haber millones de fotones en un determinado nu, donde un delta(nu), la exactitud de medición es inevitable.

2)Atómica niveles tienen un mesurable de ancho. Es la razón por la que lo puede ser emitido puede ser absorbido como se ve a continuación.

espectro continuo

líneas de emisión

líneas de absorción

Por lo tanto tu pregunta en realidad es ¿por qué atómica órbitas tienen un ancho, que es una cuestión diferente.

Hay varias razones para la anchura de las líneas:

• 3 mecanismos de determinar el perfil de φ(ν)

– Mecánico-cuántica de la incertidumbre en la energía E de los niveles finitos vidas. --> la anchura natural de una línea de (por lo general muy pequeñas).

– Ensanchamiento colisional. Las colisiones reducir la vida eficaz de un estado, que conduce a la más amplia de las líneas.De alta presión -> más colisiones (por ejemplo, estrellas).

– Doppler o térmica de ampliación, debido a la térmica (o a gran escala turbulento) movimiento de los átomos en el gas en relación a la calidad de observador.

El análisis en la conferencia.

Answer 3

Aunque algunos atómica niveles puede ser teóricamente discretos (por ejemplo, el suelo de los estados), las frecuencias de las transiciones atómicas son definidos por la diferencia de dos atómica niveles y no son discretas, de las correspondientes bandas han anchura finita (los llamados naturales ancho de línea). Además, hay ensanchamiento Doppler, colisional de la ampliación de la banda, y así sucesivamente. Por lo que la probabilidad de absorción de fotones puede ser finito.

Answer 4

En la mecánica cuántica, existe también el principio de incertidumbre. De la energía ($\Delta E\cdot\Delta t \ge \manejadores/2$) significa que el ancho de línea ($\Delta E$) es inversamente proporcionales a timelife ($\Delta t$) del estado. Si el timelife es finito, el ancho de línea es finito también. Por lo tanto, no hay ceros.

Answer 5

Esta es una muy buena pregunta.

Como Ben Crowell dice, los fotones de la vida-el tiempo es finito y por lo que su energía es transmitida por un rango de frecuencias, es decir, no es un delta-función de más de una frecuencia específica.

Los fotones de la energía puede ser obtenida de la integración de todo el espectro y podría ser la correspondiente al pico, E= h•f, donde f es la frecuencia donde está el pico.

De todos modos, en este caso debemos asignar la frecuencia "f" para este fotón y esperar que cuando es absorbida será de transferencia h•f eV para el amortiguador de electorn?

Otra cuestión es cómo el paquete de ondas en el espacio, ya que tiene que respetar ecuaciones de Maxwell y por lo tanto no se puede colocar una ventana cuadrada con N periodos y ha dejado que sea feliz... vigas de Gauss pueden ser buenos candidatos...

Lo siento si no puedo ser más preciso acerca de este muy interesante la materia y también pido disculpas por mi inglés.