Страница:БСЭ-1 Том 32. Каучук - Классон (1936)-1.pdf/55

Эта страница не была вычитана

ния, называемые возбужденными, неустойчивы. Будучи в них, атом имеет тенденцию вернуться в нормальное, стационарное состояние. Возбужденные стационарные состояния имеют конечную длительность жизни, как показывает опыт, порядка 10—8секунды. Исключением являются т. н. метастабильные энергетические состояния, переход из к-рых в нормальное состояние затруднен. Обозначим через Eq, E19 ..., Еп, Ет,... запасы энергии различных, возможных для атома стационарных состояний, начиная с нормального. Под влиянием столкновения с другим атомом или вследствие столкновения с фотоном атом может изменить, свое начальное состояние, скажем, n-ое, перейдя в другое, скажем, m-ое, изменив соответственно и свою внутреннюю энергию, т. е. поглотив или потеряв энергию (Еп  — Ет), равную разности запасов энергии начального и конечного стационарных состояний. Если процесс сопровождается поглощением энергии, то говорят о возбуждении атома; в случае же потери энергии атомом можно говорить о «разряде» атома. Если атом при своем возбуждении заимствует свою энергию из энергии светового потока, т. е. поглощает фотон частоты vnm = — (соотношение, установленное в 1912 Н. Бором и называемое его именем), то* говорят об оптическом возбуждении атома. Весьма существенно отметить, что, будучи в n-ом возбужденном состоянии, атом имеет тенденцию вернуться в нормальное, более устойчивое, стационарное состояние. При поглощении или испускании света — фотона — атом изменяет не только энергию, но и импульс, испытывая реакцию отдачи. Таким образом при отдельном акте испускания или поглощения атомом света остается в силе не только закон сохранения энергии, выражаемый уравнением Бора, но и закон сохранения количества движения.

Заметим, что процесс испускания атомом света может быть описан не только как процесс вылета фотона — игольчатое излучение, но и как процесс испускания сферической волны, при котором, с классической точки зрения, атом не может испытывать реакцию отдачи. Однако, согласно принципу Гейзенберга, эти два типа процессов излучения предполагают реализацию различных физических условий для атома, взаимно исключающих друг друга. Так например, в интерференционных опытах с зеркалами следует различать опыты, осуществляемые с зеркалами неподвижными и с зеркалами подвижными. В первом случае создаются условия, реализующие интерференционные свойства света, тогда как в опытах с подвижными зеркалами создаются условия, в которых проявляется корпускулярная сторона света  — эффект отдачи. Это обстоятельство, резко отличающее атомную физику от физики макроскопических явлений, было вскрыто Н. Бором лишь в самое последнее время (1925—35).

Отдельный акт перехода атома из одного стационарного состояния в другое описывается квантовой теорией статистически, т. е. указанием определенных шансов, определенной вероятности изменения атомом своего начального состояния. Эта статистическая постановка задачи, обусловленная существованием кванта действия, как нельзя лучше соответствует современным экспериментальным условиям наблюдения свечения атома, т. к. при изучениинапр. свечения газа наблюдается свечение колоссальнейшего количества независимых атомов; т. о. экспериментально наблюдаемые эффекты имеют статистический характер.

Излучательная и поглощательная способности атома характеризуются, во-первых, частотами его излучения, определяемыми вышеуказанным соотношением Н. Бора, и, во-вторых, вероятностями различных переходов, определяющих интенсивность свечения большого количества атомов, равно как и интенсивность спектра поглощения рассматриваемого какоголибо вещества. Анализ проблемы излучения и поглощения атомами света в условиях термодинамического равновесия был произведен А. Эйнштейном в 1917. В наст, время соображения А. Эйнштейна могут быть обоснованы и методом квантовой механики. При этом анализе выяснено, что следует различать вероятность перехода атома из одного стационарного состояния в другое для процессов поглощения и вероятность перехода для процессов испускания. Для последних оказывается существенным различие между случаями, когда атом взят начально в возбужденном состоянии и в отсутствии светового потока, и случаями, когда начальные условия таковы, что имеется как световой поток, так и возбужденный атом, испускающий свет. Присутствие светового потока увеличивает вероятность светового разряда атома, приводя к представлению о вынужденном испускании.

Вероятность перехода определяет, с одной стороны, длительность жизни возбужденных стационарных состояний, а, с другой стороны, определяет вероятное число фотонов, испущенных или поглощенных рассматриваемым очень большим числом атомов, другими словами, определяет интенсивность светового потока, испускаемого или поглощаемого атомами. В самом деле, распределение энергии светового потока по частотам определяется относительными числами фотонов различных типов, т. е. различных частот и импульсов.

Оптические свойства атома могут быть описаны посредством его квантового электрического момента Мпт, являющегося величиной статистического характера. Величина Мпт описывает переход атома из нек-рого n-го стационарного состояния в нек-рое m-ое, что и указывается индексами пт. Заметим, что и в классической электродинамике оптические свойства системы электрических частиц могут быть описаны электрическим моментом, но классический электрический момент М характеризует определенное стационарное состояние системы. В квантовой теории он заменяется статистическим электрическим моментом стационарного состояния квантовой системы Мпп, значения к-рого получаются из Мпт при n = т.

Квантовый электрический момент атома, находящегося под действием света, может быть разложен на постоянный и переменный, изменяющийся периодически с частотой падающего света, если речь идет о статистическом моменте определенного стационарного состояния Мпп, Электрический квантовый момент молекулы или атома, так же как и классич. момент, м. б. разложен на дипольный, квадрупольный и высшие моменты. Если рассматривать реакции молекулы на световой поток, образованный волнами, имеющими длины Я, большие в сравнении с размерами молекулы, то достаточно ограничиться лишь рассмотрением квантового