Übergang 2p→1s2p→1s2p \rightarrow 1s des Wasserstoffatoms

Ich lese Mukhanovs und Winitzkis Buch Introduction to Quantum Effects in Gravity und im zweiten Absatz von Sec. 1.4.2 sagen sie: Die spontane Emission eines Wasserstoffatoms ist der Übergang zwischen den Elektronenzuständen 2 P → 1 S mit der Erzeugung eines Photons. Dieser Effekt kann nur durch eine Wechselwirkung von Elektronen mit Vakuumschwankungen des elektromagnetischen Feldes erklärt werden. Ohne diese Schwankungen wäre das Wasserstoffatom für immer im Stall geblieben 2 P Zustand.

Aber es ist nicht der Grundzustand und der stabilste Zustand des Wasserstoffatoms 1 S ? Wenn ja, warum sollten wir überhaupt in Betracht ziehen, dass das Elektron drin ist? 2 P Zustand? Der einzige Grund für mich, dies in Betracht zu ziehen, wäre die Energie-Zeit-Unschärferelation, die implizieren würde, dass sich das Elektron nicht in einem einzigen Energiezustand befinden kann, da sonst die Unschärferelation verletzt würde. Aber dann sagen die Autoren, dass das Wasserstoffatom ohne Schwankungen für immer im Stall geblieben wäre 2 P Zustand, der die Unschärferelation verletzen würde.

Übersehe ich etwas oder ist die Argumentation fehlerhaft?

Antworten (1)

Nehmen wir an, das Wasserstoffatom begann in der 2 P Zustand. Angenommen, wir halten es in einem Vakuum, damit es nicht mit anderen Teilchen interagiert. Dann ist die 2 P Der Zustand ist ein Eigenzustand des Hamilton-Operators, und daher ändert sich die Energie nicht, und die einzige zeitliche Änderung des Zustands besteht darin, eine Phase aufzunehmen e ich ω T , Wo ℏ ω = E 2 P , Und E 2 P ist die Energie der 2 P Zustand.

Mukhanov und Winitzki weisen darauf hin, dass wir das Quantenvakuum nicht entfernen können, selbst wenn wir das Wasserstoffatom in ein vollständig isoliertes Vakuum ohne andere Teilchen bringen. Wir können uns das Wasserstoffatom also nicht wirklich als isoliertes System vorstellen, das System ist wirklich "Wasserstoff + elektromagnetisches Feld". Sagen Sie dann „keine Photonen, Wasserstoff drin 2 P Zustand" ist kein Energie-Eigenzustand des kombinierten Systems. Das System wird sich so entwickeln, dass sein Zustand "emittiertes Photon + Wasserstoff im Grundzustand" wird.

Können Sie bitte bestätigen, dass dies davon ausgehen muss, dass das Wasserstoffatom in der beginnt 2 P Zustand? Abgesehen von den Schwankungen für den Moment ist die Unschärferelation in Ordnung, wenn Wasserstoff für immer in der ist 2 P Zustand?
Nein, es ist nur einfacher zu erklären. Wir können mit dem Wasserstoff im Grundzustand und einem externen Feld beginnen, dessen Frequenz auf die Energiedifferenz zwischen Grundzustand und angeregtem Zustand abgestimmt ist. Im Allgemeinen wird dies eine Überlagerung des Grundzustands und erzeugen 2 P Zustand. Wenn wir vorsichtig sind, können wir dafür sorgen, dass das externe Feld genau zur richtigen Zeit angelegt wird, dass die Amplitude für den Grundzustand Null ist und das Wasserstoffatom im 2 P Zustand. Dann befindet sich das Wasserstoffatom, abgesehen von der Wirkung des Quantenvakuums, in einem stationären Zustand und wird sich nicht weiterentwickeln.
Es gibt keinen Widerspruch zur Unschärferelation. In einem Energieeigenzustand ist die Unsicherheit in der Energie null. Dies wird dadurch kompensiert, dass das System unendlich lange in diesem Zustand verbleibt.
Es gibt eine kleine Feinheit darin, dass es für "Cartoon-Wasserstoff" eine Entartung zwischen den verschiedenen Drehimpulszuständen gibt N = 2 . Aber ich denke, das ist für Ihre Frage nicht wirklich wichtig, und wir könnten uns bei Bedarf darum kümmern.
Übergang 2p→1s2p→1s2p \rightarrow 1s des Wasserstoffatoms
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