电子跃迁的本质是什么?

bdqnwqk7个月前基础6

为了说明微观世界的或然性和不连续性,人们在量子力学中提出了势阱模型。这就好比一个具有一定能量的粒子落入井中,因为具有能量不会停留在井底,但能量又不够大从而受困于井中,无法逃脱出来。

然而,对于微观粒子来说,其具有与宏观物质不同的两个特殊的性质。

第一个特性是隧道效应,即便是低能粒子也有机会逃逸出来,就好像是在井壁上凿出了一条隧道。其原因在于,井壁只是粒子高速运动所形成的封闭性,具有概率性。这就相当于向电扇发射子弹,子弹无碍通过是具有概率的,大约等于子弹与扇叶速度的比值。

第二个特性是量子化条件,即粒子在势阱中的存在状态是不连续的。实际上,就是同时满足两个势阱壁的能量是不连续的,类似二元一次方程组的解,有两个不相等的解。

举个形象的比喻,电子在原子中的能级就像高层住宅?,电子只能根据其能量的大小待在不同的楼层居住,不允许待在非整数的楼层如1.5层居住。当原子中的电子受到了能量的激发(通电),如果能量合适则该电子获得能量搬入上层居住,如果能量不合适就拒绝接收能量或被能量赶出住所。

然而,获得能量的电子,在高层居住的治安环境并不好,经常发生偷盗。当电子的能量被偷之后,电子就无权住在高层了,被赶回底层居住。

这就是电子从激发态跃迁回基态的物理机制。偷走能量的是作为物理背景的空间量子,使该量子由原来的基态转变为激发态,成为能够引起我们人眼感应的光子。

所以,电子跃迁的本质,是高能电子通过激发空间量子,使之成为光子,将自身的能量转移给了量子空间,从而回归到低能的基态。

提问者能提出这个问题还是具有一定物理基础知识的。

有高中物理知识的读者就会知道,电子从高能级的轨道跃迁至低能级的轨道会释放能量,低能级的轨道跃迁到高能级的轨道要吸收能量,这些能量就是以光子的形式吸收或者放出的。

那么怎么去理解“跃迁”这个过程呢?如果从经典物理的角度去考虑,就会产生这样的问题,电子从高能级轨道到低能级轨道是怎么滑过去的?是以多快的速度以怎样的方式过去的?“跃迁”两字到底如何理解,低能级的电子还是原来高能级的那个电子吗?

图释:经典力学模型

电子跃迁的本质不能从经典物理学的角度去思考,要想知道电子跃迁的本质需要从量子物理的角度去思考。在量子物理学中高能轨道低能轨道并不是我们想象中的电子运动的实际轨道,而是高能级和低能级分别对应一种概率波。轨道跃迁并不是电子真的发生了轨道变化,而是高能级和低能级对应波函数发生了演化。

图释:量子力学模型

不过更深层次的问题,波函数到底是如何演化的,目前还在研究当中,尚不明确。

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