Spektroszkópiai paradoxon

[G.Á]

Talán még érettségi előtti évben jutott eszembe a következő probléma. Évekbe telt mire teljesen megértettem.

A fizika-tankönyvek spektroszkópiával foglalkozó részei azt szokták ábrázolni hogy a gázok abszorbciós és emissziós színképe ugyanaz.
Elvégre a kibocsátott fény frekvenciáját a két energiaszint közti átmenet energiakülönbsége határozza meg, alakban ugyebár.


Nade ilyenkor történik foton-kibocsátás, amelyhez impulzus rendelhető (mint ahogy az szerepel ugyanezen könyvekben), értékkel.

Ebben a pillanatban eszünkbe jut: nemcsak az energia, hanem az impulzus is meg kell hogy maradjon.
Minimális számolás után azt találjuk hogy ha van kezdetben egy nulla sebességű, gerjesztett állapotú atomunk, akkor a kibocsátás után egy adott frekvenciájú foton mellett egy visszalökött atomunk is lesz.
Mennyi lesz az atom sebessége? Mekkora lesz a foton frekvenciája?

Ugyanezt a számolást végezzük el elnyelés esetére is.

Akkor most egybeesik az abszorbciós és emissziós spektrum vagy nem? Mivel magyarázzuk a tapasztalatainkat?

[takacs.ferenc.bp]

A jelenség egyben rámutat a klasszikus elméletek, és a kvantumfizika közötti egyik leglényegesebb különbségére.

A klasszikus elméletekben léteznek a pontszerű töltések, amelyek egymás körüli keringései síkban történnek, és az eleve síkban mozgó töltésrendszerben nem keletkeznek olyan erők, amelyek a töltéseket kimozdítanák a síkból. Miközben az elektron bespirálozik a magba, síkban mozog mind a mag, mind az elektron. Ha a héliumot utánoznám kétszeres pozitív töltéssel, úgy a mag középen állna, míg a két elektron egymással szemben keringene egy síkban a mag körül, amíg ki nem sugározná az energiáját.

Ezzel szöges ellentétben a kvantumfizika egyenleteinek legegyszerűbb megoldása is térbeli eloszlást ad az elektron előfordulására, amit klasszikus elmélettel nem lehet megmagyarázni. A hélium elektronjai is ugyanazt a térbeli eloszlást kapják, csak ellentétes spinnel.

Így a foton elnyelődése, és kibocsájtása sem síkbeli folyamat, az atom a fotontól más belső állapotba kerül, és az elnyelődött foton impulzusa sem válik az atom impulzusává, ahogyan a kibocsájtott foton sem az atom impulzusából veszi az impulzusát. Az atomot a változó belső állapotai miatt nem tekinthetjük úgy, mintha pontszerű, vagy gömbszerű lenne. Ez pedig a fotonok véletlenszerű irányokba való szóródásaként jelentkezik az atomokon.

[Zsolt68]

(Tévedtem. Visszavonom.)

[G.Á]

[G.Á]

[takacs.ferenc.bp]

[G.Á]

[takacs.ferenc.bp]

[Zsolt68]

[G.Á]