Bei dieser Frage nach der Absorption kontinuierlicher Energien durch diskrete Atomzustände wird als einer der Gründe zur Erklärung der Breite von Spektrallinien die Unschärferelation ( natürliche Verbreiterung ) genannt: Der Zerfall eines Elektrons aus einem angeregten Zustand emittiert ein Photon mit unbestimmter Energie (bis beobachtet) innerhalb eines bestimmten Bereichs.
Bedeutet dies, um die Energieerhaltung zu respektieren, dass die Energieniveaus von Grund- und/oder angeregten Zuständen in einem Atom ebenfalls eine Unsicherheit aufweisen (und somit einen kontinuierlichen Bereich möglicher Energien für jedes Niveau anstelle eines eindeutigen Energiewerts)? Da das Elektron zwischen zwei angeregten Zuständen zerfallen kann, nicht unbedingt in den Grundzustand, würde ich erwarten, dass dies zumindest für angeregte Zustände gilt.
Diese Seite gibt jedoch Energiewerte für den Grundzustand und den ersten angeregten Zustand des Wasserstoffelektrons ohne Bereich an: Ich bin mir nicht sicher, ob dies bedeutet, dass es keinen Bereich (und somit keine Unsicherheit) gibt, oder ob es einfach nicht erforderlich ist, dies anzugeben (nicht sinnvoll, kann aus der Theorie errechnet werden, ...).
Wikipedia gibt an, dass sowohl Grund- als auch angeregte Zustände Quantenzustände sind, aber ich weiß nicht, ob dies notwendigerweise impliziert, dass alle zugehörigen "Eigenschaften" einer Unsicherheit unterliegen.
Ja, angeregte Zustände haben eine endliche Lebensdauer aufgrund spontaner Emission, und daher eine ungefähr durch gegebene Energieunsicherheit (Linienbreite). / . Genau das bedeutet natürliche Verbreiterung. Der atomare Grundzustand kann nicht in einen niedrigeren Energiezustand zerfallen (er hat eine unendliche Lebensdauer) und daher gibt es keine Energieunsicherheit. Vermutlich gibt die von Ihnen verlinkte Seite Werte für die Wasserstoffenergien an, die unter der Annahme eines isolierten Atoms, dh ohne elektromagnetisches Feld, abgeleitet werden. Wenn Sie auch das EM-Feld in Ihr Modell einbeziehen, ist es möglich, die Lebensdauer der angeregten Zustände und damit ihre natürliche Linienbreite zu berechnen.
Um die Energie eines Zustands genau zu charakterisieren, muss man ihn unendlich lange beobachten. Sie können dies leicht für ein freies Teilchen zeigen, das durch eine ebene Welle beschrieben wird, aber obwohl ich keine einfache Erklärung kenne, gilt es auch für kompliziertere Zustände wie atomare Wellenfunktionen.
Wenn Sie also ein Atom vom Grundzustand in einen angeregten Zustand anregen, kennen Sie die Energie beider Zustände nicht genau, weil keiner der Zustände unendlich lange anhält. Der Grundzustand dauert jedoch normalerweise viel länger als der angeregte Zustand, daher ist es normalerweise sicher, den Grundzustand als genau anzunehmen und sich nur um die Unsicherheit im angeregten Zustand zu kümmern. Dies bedeutet, dass die Energie des absorbierten Photons eine gewisse Variabilität aufweist, ebenso wie die Energie des emittierten Photons, wenn sich das Atom entspannt. Die Energie der absorbierten und emittierten Photonen ist jedoch in sehr guter Näherung gleich.
Das Unsicherheitsprinzip ist wegen der Unsicherheit in der Energie beteiligt hängt mit der Lebensdauer des angeregten Zustands zusammen durch die Zeit-Energie-Form der Unschärferelation :
OxTaz