12
поглощаемой) при таком квантовом переходе. Разность энергий между
уровнями внешних валентных электронов атома соответствует энергии
излучения видимого света. Разность энергий между уровнями внутренних
электронов больше и соответствует рентгеновскому излучению. Спектр
излучения (поглощения) атомов, следовательно, дискретен и набор частот
электромагнитных волн оказывается тесно связанным с энергетическим
спектром атома (в молекулярных спектрах, спектрах твердых тел присут-
ствуют и полосы поглощения - уровней энергий больше, разность энергий
между уровнями, обусловленными колебаниями атомов значительно
меньше, и мы имеем "частокол" линий в ИК-области спектра, практически
сплошные полосы).
Излучение и поглощение электромагнитной энергии атомом проис-
ходит отдельными порциями энергии - квантами (фотонами), величина
которых равна
h
ν
.
При поглощении фотона атом переходит в более энер-
гетическое состояние (с
i
на
k
) и приобретает дополнительную энергию
h
ν
ki
,
при излучении он теряет долю энергии. Формула (2.1) выражает за-
кон сохранения энергии при элементарных актах излучения и поглощения
фотонов атомами.
2.2.1.1. Спонтанное и вынужденное излучение
Если атом в данный момент времени находится в одном из возбуж-
денных состояний (
Е
k
, например), то такое состояние неустойчиво, даже
если на него не влияют другие частицы. И через определенное время, как
правило, очень малое– ~10
-8
с, атом перейдет на более низкое и более ус-
тойчивое состояние (
E
i
,
либо
E
o
), испустив при этом фотон
ν
ki
. Такой са-
мопроизвольный переход называют "спонтанным" излучением. Естествен-
но, процесс такого перехода носит вероятностный характер.
Соответственно, каждому переходу в спектре каждого атома присуще свое
значение вероятности перехода. Обычно вероятность перехода обознача-
ют
A
ki
. Величина, обратная вероятности перехода
t ~1/A
ki
- время жизни
уровня
k,
относительно перехода в состояние
i
(рис. 5).
Случайность спонтанных переходов приводит к тому, что различные
атомы вещества излучают неодновременно и независимо, поэтому фазы
электромагнитных волн, излучаемых отдельными атомами, не согласова-
ны друг с другом. Случайный характер имеет не только момент испуска-
ния атомом фотона, но и направление распространения излучаемого фото-
на и его поляризация (направление электрического поля
Е
в
электромагнитной волне). Частота излучения
ν
ki
также будет иметь неко-
торый энергетический разброс
∆
ν
.
В результате этого суммарное спонтан-
ное излучение вещества всегда является некогерентным (понятие "коге-