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量子跃迁

2007-01-13 08:34:12 来源: 作者: 【 评论:0
    微观状态发生跳跃式变化的过程。由于微观粒子的状态常常是分立的,所以从一个状态到另一个状态的变化常常是跳跃式的。量子跃迁是状态分立性在状态发生变化 时的必然结果。与此种情况不同,在经典物理中粒子的状态常是连续的,所以从一个状态过渡到另一状态是连续变化的。

   
量 子跃迁发生之前的状态称为初态,跃迁发生之后的状态称为末态。例如,原子在光的照射下从高能态放出一个光子而跃迁到低能态就是一种量子跃迁过程,称为原子 的“受激辐射”。反之,在光照下原子从低能态吸收一个光子而跃迁到高能态,则称为“吸收”过程。在这些过程中放出或吸收的光子的能量等于原子的初态和末态 两个能级之差,这是能量守恒定律在微观现象中的体现。不受到光的照射,处于激发态的原子也可能自动跃迁到低能态,同时放出一个光子,此过程称为“自发辐 射”。此外在原子核和基本粒子现象中也存在许多量子跃迁现象,如原子核和基本粒子的衰变过程、聚变过程和裂变过程等。

   
量 子跃迁过程的重要特征是它的概率性。例如在自发跃迁过程中,若初态时有许多原子处于某一激发态,则跃迁过程的概率性表明人们无法预言其中某个原子自发跃迁 到基态的确切时刻。或许有些原子跃迁发生得早些,而有些发生得迟些。所以每个原子停留在激发态的时间(称为激发态寿命)并不相同。但是对于大量某种原子来 说,每一激发态寿命的平均值τ是一定的,可以通过实验测定,也可通过量子理论算出。τ称为“平均寿命”,简称“寿命”。寿命的倒数1/τ称为“跃迁速率”,它特征是跃迁过程的快慢程度。原子的自发跃迁速率约为108-1109-1,激发态寿命约为10-8秒~10-9秒。高温下原子发光主要是原子内外层电子(价电子)自发跃迁的结果。放射性元素放出γ射线则是原子核自发跃迁的结果。

   
量子跃迁是微观状态由于相互作用而产生的变化过程,这种过程应当满足各种守恒定律。因此跃迁前后描述初态和末态的物理量或量子数应满足一定的关系,这种关系称为“选择定则”。

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