А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Квантова теорія - випромінювання

Квантова теорія випромінювання була використана Ейнштейном для інтерпретації фотоефекту.

Квантова теорія випромінювання дає можливість обґрунтувати теорію Ейнштейна.

Квантова теорія випромінювання (з урахуванням певних припущень про перенормировки) досить повно описує взаємодію випромінювання з речовиною. Незважаючи на це, заманливо довести, що концептуальні засади квантової теорії випромінювання і поняття фотона найкраще розглядати через класичне поле і флуктуації, пов'язані з вакуумом. Однак успіхи квантової оптики висунули нові аргументи на користь квантування електромагнітного поля, і разом з ними виникло більш глибоке розуміння суті фотонів.

Квантова теорія випромінювання світла істотно використовує той факт, що енергія взаємодії між речовиною (атомом, молекулою, кристалом) і електромагнітним полем дуже мала. Це дозволяє в нульовому наближенні розглядати поле і речовина незалежно один від одного і говорити про фотонах і стаціонарних станах речовини. Облік енергії взаємодії в першому наближенні виявляє можливість переходу речовини з одного стаціонарного стану в інший. Ці переходи супроводжуються появою або зникненням одного фотона і являють собою тому ті елементарні акти, з яких складаються процеси випромінювання і поглинання світла речовиною.

Згідно квантової теорії випромінювання елементарний процес фотолюмінесценції слід розглядати що складається з акту електронного збудження молекул люмінесцирующего речовини поглиненими фотонами і подальшого випромінювання молекул при переході їх із збудженого стану в нормальний. Як показали експериментальні дослідження, елементарний процес фотолюмінесценції не завжди відбувається в межах одного випромінює центру.

Для побудови квантової теорії випромінювання виявилося необхідним враховувати взаємодію електрона з вдруге квантованим полем фотонів.

Початок розвитку квантової теорії випромінювання заряду, що рухається в електромагнітному полі плоскої хвилі було покладено відомою роботою Клейна і Нішіни, в якій було розглянуто розсіювання фотона на спочиваючому електроні.

Планк висунув квантову теорію випромінювання, згідно з якою енергія випромінюється і поглинається не безупинно, а певними порціями - квантами, званими фотонами.

Таким чином, квантова теорія випромінювання не тільки приводить до висновків, що випливають з хвильової теорії, а й доповнює їх новим прогнозом, що знайшли блискуче експериментальне підтвердження.

Хвильовий пакет з мінімальною невизначеністю в різні моменти часу в потенційному полі гармонійного осцилятора (а. Відповідне електричне поле (б. У міру розвитку квантової теорії випромінювання і з появою лазера були значною мірою вивчені стану поля, найближче описують класичне електромагнітне поле.

З часу зародження квантової теорії випромінювання чорного тіла питання про те, наскільки добре рівняння Планка і Стефана - Больцмана описують щільність енергії всередині реальних, кінцевих порожнин, що мають полуотражающіе стінки, був предметом неодноразових обговорень. Більшість з них мали місце в перші два десятиліття ХХ століття, однак питання закрите повністю не був, і в останні роки інтерес до цієї та деяких інших споріднених проблем відродився. Серед причин відродження інтересу до цього найстаршому предмету сучасної фізики можна назвати розвиток квантової оптики, теорії часткової когерентності та її застосування до вивчення статистичних властивостей випромінювання; недостатнє розуміння процесів теплообміну випромінюванням між прилеглих тілами при низьких температурах і проблему еталонів далекого інфрачервоного випромінювання, для якого довжина хвилі не може вважатися малою, а також ряд теоретичних проблем, що відносяться до статистичної механіки кінцевих систем. Він показав також, що в межі великих обсягів або високих температур число Джинса справедливо для порожнини будь-якої форми. Пізніше на підставі результатів роботи Вейля були отримані асимптотичні наближення, де D0 (v) був просто першим членом ряду, повна сума якого D (v) представляла собою середню щільність мод.

Хвиля до Врой - Гося по круговій орбіті потрібно, щоб сум-ля, пов'язана з електро - Мармі довжина траєкторії Znr була кратному в гіпотезі кругсшоі. г г орбіти. Хвилі руйнуючої - ної довжині хвилі електрона. в іншому вирішальним інтерферен - випадку хвиля буде руйнуватися внаслідок цією, зображені жир - інтерференції (9. Умова істота-ної лінією. вання стійкої орбіти радіуса г ви. За аналогією з квантової теорії випромінювання де Бройль припустив в 1924 р, що електрон і більш того, взагалі будь-яка матеріальна частка одночасно володіють і хвильовими і корпускулярним властивостями. Згідно де Бройля, рухається частці з масою т і швидкістю v відповідає довжина хвилі K h /mv, де h - постійна Планка.

Відповідно до квантової теорії випромінювання енергія елементарних випромінювачів може змінюватися тільки стрибками, кратними деякому значенню, постійному для даної частоти випромінювання. Мінімальна порція енергії називається квантом енергії.

Блискуче згоду між повністю квантової теорії випромінювання і речовини і експериментом, досягнуте на прикладі лембовского зсуву, забезпечило сильний аргумент на користь квантування поля випромінювання. Однак детальний розрахунок лембовского зсуву повів би нас далеко від головного напрямку квантової оптики.

Месбауерівських переходи, найбільш зручні в експериментальній. Ці дані підтверджують висновки квантової теорії випромінювання для гамма-діапазону.

Представивши це коротке обґрунтування квантової теорії випромінювання, приступимо до квантування вільного електромагнітного поля.

маса спокою фотона в квантової теорії випромінювання вважається рівною нулю. Однак це лише постулат теорії, тому що ні один реальний фізичний експеримент не може підтвердити цього.

Зупинимося коротко на основних положеннях квантової теорії випромінювання.

Якщо ми хочемо на основі квантової теорії випромінювання зрозуміти дію светоделітель і його квантові властивості треба слідувати вказаним вище рецептом: спочатку знайти власні моди, а потім проквантовать, як описано в попередньому розділі. Але які в нашому випадку граничні умови, які визначають ці моди.

По-перше, необхідно розширити квантову теорію випромінювання з тим, щоб розглянути неквантовой стохастичні ефекти, такі як теплові флуктуації. Це є важливою складовою теорії часткової когерентності. Крім того, такі розподіли роблять зрозумілою зв'язок між класичною та квантової теоріями.

Книга є посібником для вивчення курсів Квантова теорія випромінювання і Квантова електродинаміка. Принцип побудови книги: виклад основ курсу займає малу частину її обсягу, велика частина фактичного матеріалу наводиться у формі завдань з рішеннями, необхідний математичний апарат дан в додатках. Вся увага зосереджена на нерелятивістському характері випромінюючи-них переходів в атомних системах.

Теоретично визначити AnJBnm у формулі (1132) елементарна квантова теорія випромінювання чорного тіла не в змозі.

Ейнштейн показав, ще до розвитку квантової теорії випромінювання, що статистичне равноресіе між випромінюванням і речовиною можливо тільки в тому випадку, коли поряд з вимушеним випусканням, пропорційним щільності випромінювання, є спонтанне випромінювання, що відбувається і під час відсутності зовнішнього випромінювання. Спонтанне випромінювання обумовлено взаємодією атомної системи з нульовими коливаннями електромагнітного поля.

Ейнштейн показав, ще до розвитку квантової теорії випромінювання, що статистичне рівновагу між випромінюванням і речовиною можливо тільки в тому випадку, коли поряд з вимушеним випусканням, пропорційним щільності випромінювання, є спонтанне випромінювання, що відбувається і під час відсутності зовнішнього випромінювання. Спонтанне випромінювання обумовлено взаємодією атомної системи з нульовими коливаннями електромагнітного поля.

Штарк і Ейнштейн, виходячи з квантової теорії випромінювання, на початку XX століття дали формулювання другого закону фотохімії: кожна молекула, що бере участь в фотохімічної реакції, поглинає один квант випромінювання, який викликає реакцію. Останнє пов'язано з надзвичайно малою вірогідністю повторного поглинання кванта порушеними молекулами, з урахуванням їх низької концентрації в речовині.

Вираз для коефіцієнта поглинання отримують на основі квантової теорії випромінювання. Для мікрохвильової області воно представляє складну функцію, залежну від квадрата частоти переходу, форми лінії, температури, числа молекул на нижньому енергетичному рівні і квадрата матричного елемента дипольно-го моменту переходу.

В кінці20 - х років почала розроблятися квантова теорія випромінювання, що виросла потім в квантову електродинаміку (КЕД) - послідовну теорію електромагнітних процесів, взаємодії електричних зарядів і електромагнітного поля.

Ця функція може бути отримана тільки на основі квантової теорії випромінювання, і її визначення виходить за рамки цієї книги.

Природно, що для опису подібних експериментів потрібно і квантова теорія випромінювання. Ці питання ми не розглядаємо.

У 20 - е і30 - е роки квантова теорія випромінювання сформувалася практично в сучасному її вигляді.

Але я знаю також і те, що є єдина квантова теорія випромінювання, яка відводить фотону роль квантового числа, відповідного періодичним компонентів безперервного максвеллівський поля; внаслідок цього стає необов'язковим приписувати різні ad hoc придумують величини - спін, взаємопов'язані електричні і магнітні властивості фотона - тільки для того, щоб врятувати картину частинок, дуальну хвильової картині світу. Світлові хвилі є реальними, а хвилі матерії - штучним побудовою у багатьох відношеннях.

Випромінювання та поглинання випромінювання по квантовій теорії і К квантової теорії випромінювання (див. § 8.4), він не підозрював, що, образно кажучи, випускає джина з пляшки.

Кореляційна функція другого порядку як функція часу затримки т. Коли джерелом випромінювання в експерименті Брауна і Твісса є лампа, кореляційна функція другого порядку д (т (пунктирна лінія має домінуючий максимум при коротких часи затримки. Тому більш ймовірно зареєструвати два фотона відразу один за одним, ніж з великою затримкою. Світло проявляє властивість угруповання. Коли джерелом є лазер, світло підпорядковується статистиці Пуассона і д (т не залежить від затримки (суцільна лінія. Однак, резонансна флюоресценція показує зовсім іншу поведінку (штрихова лінія. світло проявляє ефект антігруппіровкі так як ймовірність двом фотонам слідувати відразу. У цьому випадку для опису світла резонансної флуоресценції нам потрібна повна квантова теорія випромінювання.

Послідовні іонізаційні потенціали будь-якого елементу надзвичайно точно обчислюються на підставі квантової теорії випромінювання, виходячи з лінійних спектрів елементів.

Послідовні іонізаційні потенціали будь-якого елементу надзвичайно точно обчислюються - на підставі квантової теорії випромінювання, виходячи з лінійних спектрів елементів.

Однак величину ГСД легко розрахувати за допомогою принципу детального рівноваги і не вдаючись до квантової теорії випромінювання.

Завдання про дисперсії світла в квантової теорії може бути поставлена в повну паралель з квантової теорії випромінювання і поглинання світла. Подібно до того, як в цих останніх випадках розшукується ймовірність поглинання або випромінювання кванта світла, так і в разі дисперсії можна шукати ймовірність того, що початковий квант світла (падаючий пучок) змінить в результаті взаємодії з атомом напрямок свого імпульсу, а в загальному випадку і свою енергію.

Явище лембовского зміщення дає вельми наочну ілюстрацію правильності тих уявлень, які були покладені в основу квантової теорії випромінювання і теорії позитрона. У квантовій теорії випромінювання приймалося, що в порожньому просторі вакуумі є електромагнітне поле. Це те поле, яке відповідає нульовим коливань осциляторів поля. Часто кажуть, що сукупність осциляторів електромагнітного поля, що знаходяться в станах з нульовою енергією, являє електромагнітний вакуум. В електромагнітному вакуумі що відповідає стану поля з найменшою енергією, є деяка, відмінна від нуля напруженість поля. Точніше кажучи, середні (за часом) значення квадратів напруженості полів (§ У і (Ж) відмінні від нуля. 
Піонерські роботи Дірака (Dirac, 1927) і Фермі (Fermi, 1932) з квантової теорії випромінювання слід прочитати кожному, хто вивчає даний предмет.

Навіть це мале відміну від результату простий теорії Дірака може бути обчислено з високою точністю за допомогою квантової теорії випромінювання і погоджено з експериментальним значенням з точністю до декількох стотисячних. Якщо протон, частка зі спіном% і одиничним зарядом, так само як і електрон, підкоряється рівнянню Дірака, то його магнітний момент повинен бути дуже близький до одному ядерному магнетону. Так як факти суперечать цьому висновку, то це означає, що уявлення про певну індивідуальної, позбавленої внутрішньої структури частці добре застосовне до електронів, не застосовується до нуклона. Мезони теорія в її простій формі приписує додатковий момент струмів віртуальних мезонів поблизу протона при розгляді випускання і поглинання мезонів під час руху протона. Але ця ідея є в кращому випадку тільки якісною. Малі поправки до діраковской значенням моменту електрона обчислюються на основі таких же уявлень. Віртуальне присутність, фотонів (а не мезонів) викликає флуктуірует віддачу і переорієнтацію спина електрона, що призводить до появи невеликого додаткового моменту. Згода з досвідом є блискучим для електрона, де весь поправочний ефект - близько однієї тисячної.

Фотомікрограмма осаду не володіють орбітальними меха-для атомів і молекул натрію ііческімі н магнітними моментами (далі розглянуто докладніше. Отже, для таких атомів взагалі не повинно спостерігатися відхилення в магнітному полі. Крім того, за правилом просторового квантування, якби навіть ПФ1 магнітне квантове число т відповідно до можливих, по Бору, значеннями для cos а при п1 мала дорівнювати 1 0 - 1 т. е. на платівці повинні були утворитися три смужки замість спостережуваних двох. Модель Бора не пояснює також аномальний ефект Зеемана, тонку структуру спектральних ліній і багато іншого.

Основний недолік теорії Бора полягає в тому, що вона являла собою компромісне поєднання класичної фізики з квантової теорії випромінювання. Методологічно теорія Бора вимагала вирішення завдань засобами класичної фізики з наступним відбором дискретних величин, що задовольняють вимогам квантової механіки.

Залежність відносної середньоквадратичної флукту -[IMAGE ]Теоретична залежність ації інтенсивності лазерного поля від середньої інтенсивності. Суцільно - відносної середньоквадратичної флук-ва крива побудована за формулами і. Масштабний туации інтенсивності від параметра накачени-множник для логарифмічною шкали інтенсивності підібраний та - ки а ким чином, щоб досягалося кращу відповідність експериментальним значенням. (З роботи Davidson and Mandel, 1967. | Перші чотири кумулянта інтенсивності лазерного поля як функції параметра накачування a (Risken, 1970. Перед тим, як повернутися до нестаціонарному рівняння руху (1834) і досліджувати його загальне рішення, ми розглянемо лазер в рамках квантової теорії випромінювання. Ми побачимо в розд.

Не можна не відзначити, що Ейнштейн був настільки переконаний у справедливості квантової моделі випромінювання, що після закінчення обговорювалася вище роботи поширив ідеї квантової теорії випромінювання на фізичні явища, прямо не пов'язані зі світлом.

ця книга, в основу якої ліг курс лекцій з теорії випромінювання, прочитаних авторами, може бути використана як доповнення до існуючих підручників з квантової теорії випромінювання.

на відміну від прийнятого тоді методу розгляду конкретних квантових процесів взаємодії електромагнітного поля з частинками, методу відповідності І. Є. Тамм досліджував це явище послідовно квантовомеханічна - методом квантової теорії випромінювання. Отримана їм формула для перетину збіглася з тією, яку дещо раніше знайшли, використовуючи метод відповідності Клейн і Нішіни і.

В першу чергу слід обговорити питання про залежність коефіцієнта поглинання в лінії від частоти. Згідно квантової теорії випромінювання, для ізольованого нерухомого атома коефіцієнт поглинання в лінії, що відповідає переходу i - &, дорівнює (див. В.

Явище лембовского зміщення дає вельми наочну ілюстрацію правильності тих уявлень, які були покладені в основу квантової теорії випромінювання і теорії позитрона . у квантовій теорії випромінювання приймалося, що в порожньому просторі вакуумі є електромагнітне поле. Це те поле, яке відповідає нульовим коливань осциляторів поля. Часто кажуть, що сукупність осциляторів електромагнітного поля, що знаходяться в станах з нульовою енергією, являє електромагнітний вакуум. в електромагнітному вакуумі що відповідає стану поля з найменшою енергією, є деяка, відмінна від нуля напруженість поля. Точніше кажучи, середні (за часом) значення квадратів напруженості полів (§ У і (Ж) відмінні від нуля.

Кембриджському університеті є одним з засновників квантової механіки. Розроблена ним квантова теорія випромінювання поклала початок розвитку квантової електродинаміки.

Вперше квантове розгляд проблеми випромінювання було запропоновано в 1917 р Ейнштейном, який ввів коефіцієнти Л і В (звані тепер коефіцієнтами Ейнштейна), що характеризують відповідно спонтанні (мимовільні) і вимушені (що відбуваються під дією будь-яких зовнішніх причин) переходи системи з одного енергетичного рівня на інший, а також встановив зв'язок між цими коефіцієнтами. Основні ідеї квантової теорії випромінювання полягають в наступному.