La mecánica cuántica dice que si un sistema se encuentra en un eigenstate del Hamiltoniano, entonces el estado ket que representa el sistema no evoluciona con el tiempo. Así que si el electrón se encuentra en, digamos, el primer estado excitado, entonces ¿por qué cambiar su estado y relajarse para el estado fundamental (ya que estaba en un Hamiltoniano eigenstate no debe cambiar con el tiempo)?
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sid
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Los orbitales atómicos son autoestados del Hamiltoniano $$ H_0(\vec P,\vec R)=\frac{P^2}{2m}+\frac{e}{R} $$
Por otro lado, el Hamiltoniano de la Naturaleza no es $H_0$: hay una contribución del campo electromagnético así $$ H=H_0(\vec P+e\vec Un,\vec R)+\frac12\int_\mathbb{R^3}\mathrm d\vec x\, \left(\vec E^2+\vec B^2\right) $$ (en QFT unidades, donde $\vec B\equiv\nabla \times\vec A$$\vec E\equiv \dot{\vec A}-\nabla\phi$)
Por lo tanto, los orbitales atómicos son no estacionarios: que depende del tiempo y de obtener transiciones de diferentes estados.
El problema es que lo que determina el tiempo de evolución es el total Hamiltoniano del sistema, y en la Naturaleza, el total de Hamilton incluye todas las formas de interacciones. Solemos descuidar la mayoría de interacciones para obtener la descripción general del sistema y, a continuación, agregar efectos secundarios el uso de teoría de la perturbación. En este sentido, el átomo está muy bien descrita por $H_0$, pero no es el final de la historia: hay muchos más términos que contribuyen a la verdadera dinámica.
StasK
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El átomo de hidrógeno en un estado excitado no está realmente en una energía eigenstate.
Hay dos formas de mirarlo. Es una manera de reconocer que el átomo no es aislado. Siempre está junto al campo electromagnético. Incluso si el campo está en el estado fundamental, hay "punto cero" de las fluctuaciones en la amplitud del campo. Por lo tanto, el átomo es siempre siente la influencia de un campo externo. El punto cero de las fluctuaciones de los componentes en todas las frecuencias, incluyendo la atómica frecuencia de transición. Por lo que la descomposición espontánea de un átomo excitado puede ser pensado como la emisión estimulada debido a que el punto cero de las fluctuaciones.
La segunda forma de mirar que es tomar el sistema de interés a ser el átomo y el campo electromagnético. En este caso, el estado con ninguna excitación del campo, y el átomo en un estado excitado es no una energía eigenstate. El total de la función de onda de amplitud comenzará totalmente atómica, pero evolucionando para incluir el campo de excitación.
