Impuls und Beschleunigung eines Atoms nach Emission eines Photons?

Meine Einführung in dieses Konzept war David Bohms Buch „Quantum Theory“, in dem er (nicht überraschend) vorschlägt, dass Fragen wie die oben genannten auf keiner Ebene ein klassisches Analogon haben und dass dies daran liegt, dass sie alle mit der Zentrale verbunden sind Konzept, das er im ersten Kapitel seines Buches betont.

Sein Punkt ist, dass Quantenprozesse, sobald sie begonnen haben, in dem Sinne deterministisch sind, dass sie nicht gestoppt oder rückgängig gemacht oder auf andere Weise auf klassische Weise behandelt werden können. Ich schreibe dies nicht als Antwort, obwohl ich denke, dass dies die einzige Antwort ist, die wir derzeit haben, sondern in der Hoffnung, dass mir in den über 60 Jahren seit der Veröffentlichung des Buches jemand sagen kann, dass dies immer noch experimentell ist oder nicht verifiziert.

Die Photonenemission ist kein augenblicklicher Prozess. Die Zeitentwicklung beispielsweise eines angeregten Atoms in einem Hohlraum ist vollkommen kontinuierlich. Das elektromagnetische Feld beginnt im Zustand$|0 \text{ photons}\rangle$, wird dann zu einer Überlagerung von$|0 \text{ photons}\rangle$und$|1 \text{ photons}\rangle$. In ähnlicher Weise wechselt der Zustand des Atoms glatt zwischen$|\text{stationary, excited} \rangle$und$|\text{moving, not excited} \rangle$. All dies geschieht auf einer Zeitskala in der Größenordnung der Lebenszeit$\tau$des angeregten Zustands.

Die Idee, dass die Emission augenblicklich erfolgt, kommt von einem klassischen Standpunkt – klassischerweise kann es null Photonen oder ein Photon gleichzeitig geben, aber nicht beides, also müssen wir zu einem bestimmten Zeitpunkt zwischen diesen Zuständen gewechselt haben. Aber in Wirklichkeit sind dies nur zwei Zustände des elektromagnetischen (Quanten-)Feldes, die sich wie jedes andere Paar von Quantenzuständen überlagern lassen.

Hier ist meine Ansicht, dieses intuitive Photon wird nicht beschleunigt, richtig. Warum?, weil die klassisch gesprochene Emission von Photon nur eine Schwankung oder Variation des elektrischen Feldes ist. Sie müssen schon davon gehört haben, wie Photonen oder elektromagnetische Strahlung durch Beschleunigung von Elektronen oder geladenen Teilchen erzeugt werden. Kommen wir nun zum Atom, es hat Masse und wenn Sie die Geschwindigkeit eines Objekts ändern wollen, dessen Ruhemasse nicht Null ist, dann brauchen wir Kraft. Ich denke also, Atom wird beschleunigt, aber dann werden Sie mich fragen, was ist die Kraft und was ist die Zeit des Aufpralls? Wenn idealerweise ein einzelnes Photon freigesetzt wird, dann ist die Kraft auf die Energie oder die Wechselwirkungen zurückzuführen, die an dem Prozess beteiligt sind, und die Zeit ist genau die$\dfrac{1}{\nu}$wo$\nu$ist die Frequenz des freigesetzten Photons. Statt Beschleunigung besser auf den Impuls achten,$F\Delta t=\Delta P$Denn wenn die Anziehungszeit sehr klein ist, berechnen wir den Impuls anstelle der Beschleunigung, genauso wie das Schlagen eines Balls mit einem Baseballschläger.

Bedenken Sie, dass ich in einem schwerkraftfreien Raum eine Bombe in einer Kiste eingeschlossen hielt, und als ich explodierte, zerriss die Kiste in die Hälfte und bewegte sich mit gleichem Schwung in die entgegengesetzte Richtung. Dasselbe wie Ihre Atomsituation. Hier betrachten wir den Impuls, nicht die Beschleunigung der Kiste.

$Vivek$

Der Impuls hängt von der Wellenlänge (Energie) ab. Die Zeit vom Beginn der Welle bis zum Erreichen ihrer oberen Phase ist die Beschleunigungszeit. Der Beschleunigungsbetrag hängt von der Masse des Atoms ab.

Was mich stört, ist, dass das Photon nicht beschleunigt wird, es hat diesen Impuls sofort, wenn es emittiert wird, was bedeutet, dass das Atom diesen Impuls (aber negativ) auch haben muss, wenn das Foto emittiert wird.

Um dies zu verstehen, empfehle ich Ihnen, einen Blick auf die Paarbildung und die Compton-Streuung zu werfen , oder sollte ich sagen, inverse Compton-Streuung . Beachten Sie auch, dass Elektronen in Atomorbitalen als stehende Wellen existieren. Wir können Elektronen beugen. Wegen der Wellennatur der Materie.

Sehen Sie, wie das Elektron durch einen Kreis dargestellt wird? Stellen Sie es sich als ein 511-keV-Photon vor, das sich immer und immer wieder dreht. Bei der Compton-Streuung "nimmt man effektiv eine Scheibe" vom einfallenden Photon und schlägt es auf eine Seite des Elektrons. Diese ist nicht mehr rotationssymmetrisch, wodurch sich das Elektron bewegt . Es wird schnell beschleunigt. Währenddessen wird das Photon schnell abgebremst, aber im Vektorsinn. Es ändert nicht die Geschwindigkeit, es ändert die Richtung und verliert Energie. Das umgekehrte Compton ist dies umgekehrt. Ihr Atom ist etwas Ähnliches, aber ohne anfängliches Photon.

Bedeutet dies, dass das Atom ohne Beschleunigung direkt von der Geschwindigkeit 0 auf eine Geschwindigkeit ungleich Null übergeht?

Es bedeutet, dass es in der Zeit, die es braucht, um "eine Scheibe zu nehmen", schnell beschleunigt.