"Emissio: Kun atomin energiatila muuttuu, saattaa vapautuva energia emittoitua yhtenä fotonina. Valoemissio on mahdollinen myös kun vapaan elektronin energia muuttuu kiteen energiavyön sisällä. Sähkömagneettinen aalto emittoituu aina kun sähkövaraus on kiihtyvässä liikkeessä."
"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."
Kysyisin, onko näin ollen atomista emittoituva valo aina yksi fotoni? Mitä eroa on fotonilla ja sähkömagneettisella aallolla? Tarkoittaako sm-aalto, sitä että peräkkäin on monia fotoneja rintamana? Entä amplitudi, onko korkeamman amblitudin sm-aallossa useita fotoneja tavallaan päällekkäin? Tai onko sm-aallossa sekä peräkkäin että päällekkäin monia fotoneita?
"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."
Kysyisin, onko näin ollen atomista emittoituva valo aina yksi fotoni? Mitä eroa on fotonilla ja sähkömagneettisella aallolla? Tarkoittaako sm-aalto, sitä että peräkkäin on monia fotoneja rintamana? Entä amplitudi, onko korkeamman amblitudin sm-aallossa useita fotoneja tavallaan päällekkäin? Tai onko sm-aallossa sekä peräkkäin että päällekkäin monia fotoneita?
Vastaukset 19
Vanhimmat
Eikös atomit emittoi ja absorboi aina yksittäisiä monokromaattisia fotoneja, kun taas kiihtyvässä liikkeessä olevat varaukset synnyttävät jatkuvan sähkömagnettisen spektrin, eli sisältävät eri taajuuksien fotoneja.
Olet mielestäni oikeassa.
Käsittääkseni kysymys on siitä, että atomi voisi emitoida useampaa monokromaattista sm-säteilyä, jos elektronien sallittuja energiatasoja on useampia vapaana. Se lienee mahdollista, koska tasothan eivät kaikilla atomeilla täyty järjestyksessä. Kun halutaan erittäin tarkkoja perusoskillaattoreita, käytetään rubidiumia (tai cesiumia) perusvärähtelijänä. Niiden hyvyytenä taajuustarkkuuden (huojunnan) lisäksi on juuri monokromaattisuus, eli ylimääräisten taajuuksien syntyminen on erittäin vähäistä.-> Puhdas spektri.
Amplitudista. Yksittäisen fotonin energia on suoraan verrannollinen taajuuteen, joten amplitudin täytyy johtua fotonien määrästä. Nyt joudutaan aalto-hiukkas dualismiin ja siinä analogiat alkavat olla usein köppäsiä.
Onko fotonien energia jatkuvaa vai diskreettiä?
Onko eri aallonpituuden/taajuuden fotoneilla eri aallonkorkeus?
Fotonien summautumisessa on kaksi pääasiallista tapaa. Intensiteettisummautuminen ja amplitudisummautuminen.
Tavallisessa valossa tapahtuu intensiteettisummautuminen, laserilla amplitudisummautuminen. Amplitudisummautuminen edellyttää, että fotonit ovat tarkalleen samanvaiheisia.
Parhaiten asian ymmärtää jos ajattelee fotoneita katolle ropisevana sateena. Intensiteettisummautumisessa tehon lisäys eli fotonien määrän kasvu tarkoittaa ropinan lisääntymistä katolla koska sinne tulee enemmän herneenkokoisia rakeita.
Amplitudisummautumisessa tehon lisäys tarkoittaa, että katolle tulee herneenkokoisten rakeiden sijaan yksi tennispallon kokoinen rae sitte vaikka jalkapallon kokoinen jne.
Onko amplitudisummautumisessa kyse siitä että samassa paketissa tulee useampia fotoneita tavallaan "päällekkäin"? Havaitaanko valoaalto korkeampana, mutta aallonpituus yksittäisen fotonin aallonpituisena?
Jatkuvaa energiaa ei voi olla. Ks. Planc ja mustan kappaleen säteily.
Onko värisävyjä siis rajoitettu määrä?
Ainakin silmin erottuvia. Kvantittuminen tapahtuu kuitenkin erittäin pienellä tasolla. Ks. Plancin vakio.
Kohde määrää, mitä se summaa ja miten. Fotoni EI ole mikään pallo joita voi laskea kuin omenia. Fotonin havaitsemisessa on aina kyse kentän vastaanottamisesta ja kun se on sopiva, niin syntyy havainto / ilmiö), jota jokin detektori sitten saattaa pitää jonkinlaisena "hiukkasena".
Mm. pelkästä esineiden eri värestä älyää, että siinä vastaanottava aine heijastaa vain osan saamastaan kentästä takaisin. Sininen paita väreilee siniselle tyypillisellä aallonpituudella, mutta paitaa valaistaan silti värittömällä valolla. Vastaanottava materia siis päätti mitä se heijastaa eikä siihen osunut kenttä!
Ovatko taajuudet diskreettejä?
Kun fotoni emittoituu, on sen aallonpituus aina diskreetti. Dopplersiirtymä on portaaton ainakin kaavojen perusteella. Se ainakin aiheuttaisi portaattoman spektrin. En ole kuitenkaan satavarma dopplerkaavan soveltuvuusalueesta.
Jaa, lasersäteen muodostuminen siis riippu siitä miten fotonit summautuvat kohteessa eikä siitä miten ne summautuvat emissiovaiheessa?
Kaikkea sitä kirjoitellaan fysiikkapalstallakin.
Mistä tiedetään että dobblersiirtymä on portaaton, eikä koostu pienimmistä mahdollisista aallonpituuden ja taajuuden muutoksista? Selittäisi helpommin myös emittoitumisen diskreettiyden.
Emitoituminen on diskreettiä elektronien energiatasojen takia.
Hae dopplersiirtymän kaava. Kyllä se on lineaarinen ilman mitään Plancin vakioita. Vai onko kaava mielestäsi likiarvo?
En minä tiedä, siksi kysynkin. Toisaalta taas miksei kaikkien fotonien ja tätä kautta sätielyn energia olisi kvantittunut, kun kerran absorptio ja emissioenergiakin on? Jos välit ovat niin pieniä ettei niihin ole vielä törmätty.
Saako myös ytimet viritettyä, eli absorpoivatko ja emittoivatko nekin gammafotoneja?
Ytimen hiukkasillakin (protoni tai neutroni) on samantyyppinen virittymisen mahdollisuus kuin elektronillakin. Tarvittavat energiat vaan ovat paljon suuremmat. Tarvitaan vähintään röntgen-säteilyn tai gamma-säteilyn photoneja. Toinen ongelma on, että virittyminen laukeaa useimmiten erittäin nopeasti.
Tunnetaan vain harvoja aineita, joiden ytimet saa viritettyä pitemmäksi aikaa ns. metastabiillin tilaan. Tunnetuimpia on hafniumin Hf 178m2 isomeeri.
Ytimen viritystilan purkamalla saadaan aikaiseksi samanlainen stimuloitu emissio kuin laserilla elektronien tapauksessa. Säteily vaan on gamma-alueelle ja tehot 1000 kertaisia.
http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_isomer
Ytimien teoriaa käsittelee esim. Kvanttiväridynamiikka ja Standardimalli.
http://fi.wikipedia.org/wiki/Kvanttiväridynamiikka
Itse en ole aivan varma, onko käsitykseni sähkömagneettisesta kentästä ja fotoneista kovinkaan oikea, mutta käsittäisin asian seuraavasti:
Kun vaikkapa atomin sanotaan emittoivan kvantin, tai siis sähkövaraukset liikkuvat sähkömagneettisen kentän kattamassa avaruudessa, niin tästä seuraa kentässä aalto, joka etenee väliaineen impedanssista riippuvalla nopeudella ja suunnalla - selittää ainakin minun pääni sisällä interferenssi-ilmiöt yms.
Kun sitten fotoni havaitaan, on tämä diskretisoitunut vuorovaikutus lähetetyn aallon kanssa, jonka seurauksena aaltoon tulee "lommo" ja mittalaitteistoon havainto fotonista. Elikkä emittoituja fotoneja ei ole olemassa matkan varrella kiitävinä hiukkasina ennen kuin ne mitataan. Emittoiva ilmiö lähettää aaltona etenevän todennäköisyyden havaita kussakin pisteessä minkäkinlainen fotoni.
Kun sanotaan lyhytaaltoisimpien säteilylajien käyttäytyvän hyvin hiukkasmaisesti, niin käsittäisin tämän aallon taipumuksena suuntautua voimakkaasti sekä koetun vuorovaikutuksen hiukkasmaisuutena.
Vaikea tuoda päänsisäisiä matemaattisvisuaalisia-hahmotelmiaan julki sanoin. Ja kuten sanottua, tämä ei ole faktaa, vaan mutua.