Wikistä.
Absorptio: Kun fotoni törmää atomiin, se saattaa siirtää energiansa atomille, joka virittyy. Prosessi on mahdollinen vain, jos atomissa on tilojen energiaero, joka on sama kuin fotonin energia. Fotonin absorptiossa on kaiken energian siirryttävä tai prosessia ei tapahdu; fotoni ei siis voi absorboitua osittain.
Pitääkö energiatilojen eron olla täsmälleen sama kuin absorpoituvan fotonin? Meinaan miten siihen sopii kvanttimekaniikka, joka ei kai kai absoluuttisia arvoja salli tai tunne? Tulee ennemminkin mieleen epäjatkuvan aineen tilat.
Absorptio: Kun fotoni törmää atomiin, se saattaa siirtää energiansa atomille, joka virittyy. Prosessi on mahdollinen vain, jos atomissa on tilojen energiaero, joka on sama kuin fotonin energia. Fotonin absorptiossa on kaiken energian siirryttävä tai prosessia ei tapahdu; fotoni ei siis voi absorboitua osittain.
Pitääkö energiatilojen eron olla täsmälleen sama kuin absorpoituvan fotonin? Meinaan miten siihen sopii kvanttimekaniikka, joka ei kai kai absoluuttisia arvoja salli tai tunne? Tulee ennemminkin mieleen epäjatkuvan aineen tilat.
Vastaukset 12
Vanhimmat
Fotonin aallonpituudet/taajuudet ovat diskreettejä kuten kaikki muukin kvantittuneessa aika-avaruudessa.
Kinkkinen kysymys. Joku ammattilainen ehkä osaisi vastata tarkasti. Minä vastaan mitä sattuu:
Jos fotoni syntyy atomin viritystilan "laukeamisesta", on sen energia juuri sen viritystilan suuruinen, koska energiatase säilyy. Tällöin se voisi taas absorboitua toiseen samanlaiseen atomiin.
Vai?
Käsittääkseni fotoni voi luovuttaa myös osan energiastaan elektronille, mutta absorboituvan energian määrä on nimenomaan kvantittunut. Tällöin ei tapahdu sitten fotonin absorboitumista vaan fotoni jatkaa matkaansa, mutta sen energia (ja taajuus) on pienempi. Jotta fotoni voisi kokonaisuudessaan absorboitua on energian oltava tarkalleen yhtä suuri kuin elektronin nykyisen ja jonkin ylemmän energiatason välinen ero.
Tämä tarkoittaa että samat atomit ja absorboituvat fotonit ovat identtisiä kun spin-tilat ym. huomioidaan. Mikä tarkoittaa myös että ne ovat absoluuttisesti ja eksaktisti samanlaisia. Mikä taas tarkoittaa että maailma on absoluuttisesti ja eksaktisti järjestäytynyt eli rakentunut. Tämä tarkoittaa diskreettiä avaruutta. Epämääräisyyttä niissä ei ole!
Väärää päättelyä. Hiukkasfysiikka on aidosti stokastista. Ainakaan mitään muuta ei ole kyetty osoittamaan.
Selitä sitten fotonin absorptio?
Siis oliko Sinulla jotain kommentoitavaa esittämääni absorptiomekanismiin ?
Ja millähän nimimerkillä taas?
Siis et huomannut ollenkaan, että absorption mekanismia on selitetty tässä keskustelussa "Tuota !" -nimimerkillä (nimimerkki tuo kun en naura päin naamaa täysipäisille kirjoittajille) ?
"Pitääkö energiatilojen eron olla täsmälleen sama kuin absorpoituvan fotonin? "
Käsittääkseni pitää.
Esimerkiksi spektriviivat, jotka syntyvät kaasun absorboidessa valoa (ja muuta sähkömagneettista säteilyä) ovat hyvin terväviä. Nehän syntyvät siitä, että kaasun atomit absorboivat juuri tietyn energiset (tietyn aallonpituuden omaavat) fotonit, kun kaikki muut kulkevat kaasusta läpi absorboitumatta.
Vastaavasti käänteinen ilmiö, kun elektroni putoaa alemmalle energiatasolle ja vapauttaa fotonin, tuottaa fotoneita, joiden energia (= aallonpituus) on sama. Esimerkiksi laserin toiminta perustuu juuri siihen, että kaikkien fotonien aallonpituus (ja laserin tapauksessa myös vaihe) on todella sama, eikä vain suunnilleen sinnepäin.
Ilmeisesti ajoit kysymykselläsi takaa sitä, onko tuossa jonkinlaista kvanttimekaniikalle tyypillistä epätarkkuutta. En tiedä. En muista lukeneeni, että olisi. Toisaalta, en myöskään suoralta kädeltä muista, miten tarkkoja jonkin tietyn atomin elektronien energiatasot ovat, eli onko niissä jotain 'epätarkkuustoleranssia'. Jos on, pitäisi vastaavan toleranssin näkyä myös tässä absorbtioasiassa.
Olet oikeilla jäljillä. Tässä on vaan yksi sellainen asia, mitä ihmiset eivät yleensä tiedä, jos eivät ole olleet asian (spektroskopia) kanssa tekemisissä: elektronisten tilojen lisäksi on huikea määrä näitä tiloja (yläpuolelle) silpovia vibrationaalisia tiloja plus rotaatioille sun muille on paljon tiloja. Samoin perustilan eri spin-tilat ja distortiot antavat huomattavan määrän tiloja (jotka siis vielä kertautuvat vibroilla ja rotaatioilla). Näistä siirtymistä ei tietenkään kaikki ole sallittuja, mutta koska tilat sekoittuvat helposti toisten niitä häiritessä, niin periaatteessa kiellettykin siirtymä saattaa tapahtua.
Materiaali ja materiaalin rakenne siis antaa niin paljon tiloja, että siirtymät helpottuvat kunhan siis ylitetään elektronisen siirtymän energia. Tietysti on vielä sellaisiakin siirtymiä, että oikeastaan jokainen fotoni voi absorboitua: jos elektroni siirtyy varauksensiirtotilalle, niin periaatteessa ihan mikä tahansa energia kelpaa (kyse on siis "elektronikaasusta"). Tämä on myös syy, miksi metallit (sähkönjohteet yleensä) eivät käytännössä voi olla läpinäkyviä.
No, mennäänpä hieman syvemmälle noihin tiloihin. Usein tiloja kuvataan ylöspäin aukenevalla paraabelilla, jossa ensimmäinen tila on ihan suorastaan Schrödingerin aaltofunktion ensimmäinen ratkaisu (siis käytännössä puolikas aalto paraabelin sisällä). [Näitä Schrödingerin ratkaisuja ei pystytä yleensä laskemalla ratkaisemaan.] Kyse on siis käytännössä seisovasta aallosta (kuten nyt elektronin energiassa aina). Seuraava ratkaisu (ja siis seuraava tila) on sitten kokonainen aalto. Sitten tietysti myös näiden summa on ratkaisu ja seuraavan "perusratkaisun", puolitoista aaltoa, jälkeen voidaan summata näitä kaikkia yhteen tuottaen uusia ratkaisuja eli tiloja (ja koska paraabeli levenee tilojen välit pienenee).
Siirtymä siis tulee alemmalta elektroniselta tilalta jollekin tällaiselle ylemmän tilan ratkaisulle (muistaen Heisenbergin), joten siis mahdollisuuksia on tavattomasti, mutta tosiaan energian on täsmättävä jollekin tilalle.
Nämä tilat sitten tietysti laukeavat perustilalleen (purkautuminen vibraatioina tuottaa käytännössä vain lämpöä materiaaliin), jonka siirtymä voi sitten olla joko joku suurempi lämpöä tuottava prosessi tai sitten säteilevä siirtymä. Otan tämän esille sen vuoksi, että selitän myös sen, miksi emissio on käytännössä aina alemmalla energialla kuin eksitaatio: tosiaan se virittyminen menee niille korkeammille vibrationaalisille tiloille, jotka purkautuvat nopeasti, jolloin kvantin energiasta "kuluu" osa lämmöksi, jolloin tosiaan emissio on pitempiaaltoista kuin virityssäteily (esim. loistelampussahan on viritys UV-alueella (elohopea) ja emissio sitten näkyvän valon alueella (punainen, sininen, ja vihreä)). Tätä energian pienenemistä sanotaan Stokesin siirtymäksi, jos joku haluaa tsekata asiasta lisää. [En nimittäin vielä kirjoittanut esim. sen alemman elektronisen tilan mahdollisista siirtymistä.]
Kaasuilla todellakin on niin, ettei näitä tiloja ole ihan niin paljon kun ei ole vieressä vääristäviä ja tiloja tuottavia magneettisia ja sähköisiä partikkeleita (tarkoitan siis sitoutuneita atomeja) silpomassa tiloja, joten tosiaan kun kirjoitit, että kaasujen absorptiot (ja emissiot) ovat tarkkoja, niin olet oikeassa: ne on tarkempia kuin esim. kiinteiden aineiden eli spektrit erovat niin, että siirtymät ovat jyrkkärajaisia kaasuilla, mutta laajempia (riippuen siirtymästä) kiinteillä.
[Pakko lisätä tämäkin: kaasun "paraabelit" ovat siis hyvin kapeita kun taas esim. varauksensiirtosiirtymän paraabeli levahtaa kuin Jokisen kuuluisat eväät (matemattisesti siis voitte ajatella toisen asteen kertoimeksi paljon yhtä pienemmän luvun - ja kaasuilla suuremman.]
>
Laser tosiaan toimii näin. Siinä vaan on jokin tila, joka on ns. metastabiili, joka ei siis purkaudu helposti oikeastaan millään muulla metodilla kuin säteilemällä - ja se purkautuu nimenomaan ulkoisen säteilyn herkistyksestä (eli säteily purkaa virityksen säteilyksi). Näin säteilyn intensiteetti lisääntyy (eli kirjain A Laserin lyhenteestä) ja koherenssi säilyy.
Tulipa innostuttua, mutta toivottavasti joku sai juonesta kiinni. Asia ei ole ihan yksinkertainen.
Kiitos selkeästä ja ammattitaitoisesta vastauksesta.
Lisää tällaisia kommentteja. Näitä on nykyään turhan vähän.