ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Квантовая физика и процессы излучения, поглощения и рассеяОсновы квантовой механики из "Лазерное дистанционное зондирование " 2 мы изучали природу электромагнитного излучения и тот механизм его взаимодействия с веществом, который можно было описать на основе классических представлений об атомах и молекулах. Механистический взгляд на микроскопический мир был подвергнут сомнению на рубеже XIX и XX вв. благодаря поразительным открытиям Планка, Эйнштейна и Бора. Монументальные работы Гейзенберга, де Бройля, Шрёдингера, Дирака и других ученых явились основой нового направления физики, получившего название квантовой механики. Этот математизированный и в некоторой степени абстрактный взгляд на природу оказался очень плодотворным в объяснении сложных физических экспериментов, которые были поставлены в тот период, в том числе экспериментов, включающих взаимодействие излучения с веществом. [c.71] Прежде всего мы рассмотрим те вопросы квантовой механики, которые имеют непосредственное отношение к сфере наших интересов. Наше изложение по понятным причинам будет более кратким и менее строгим, чем в публикациях, посвященных специально этому предмету [66—69]. Тем не менее мы попытаемся дать достаточно самосогласованную базу для понимания тех механизмов взаимодействия излучения с веществом, которые важны для лазерного дистанционного зондирования, — от спонтанного излучения до комбинационного рассеяния. [c.71] Таким образом, соотношения (3.3) оказываются в равной мере справедливыми как для частиц, так и для излучения. Для того чтобы легче было воспринимать дуализм природы, приведем простую аналогию лист стекла обычно является прозрачным для света (окно), однако тот же лист стекла ведет себя как зеркало при его освещении под скользящими углами. Прозрачное окно и зеркало противоположны по своей сути, но очевидно, что лист стекла может выступать в любом из этих качеств в зависимости от условий эксперимента. [c.73] Здесь /гш — энергия, связанная с осцилляцией частицы, и Ь = к/2п. [c.74] Рис 3 1 Упрощенная схема ровней энергии атома водорода. [c.75] В случае атомов, имеющих более одного электрона, заряд ядра частично экранируется и внешний электрон уже нельзя считать находящимся в поле с кулоновским потенциалом (изменяющимся обратно пропорционально расстоянию электрона от ядра). Сферическая симметрия, однако, сохраняется. В этом случае энергия разрешенных состояний становится зависящей от квантового числа I и спина электрона следовательно, теперь уже нет 2п вырожденных состояний с одинаковой энергией, определяемой квантовым числом п. Это приводит к более сложной структуре уровней энергии внешнего электрона, что иллюстрирует рис. 3.2 для случая атома натрия. Действительно, снятие вырождения по числу I в этом случае допускает резонансный, переход между двумя состояниями с одним и тем же п (в случае атома натрия п = 3). [c.76] Например, согласно этим правилам отбора, из четырех возможных переходов между двумя парами состояний — 3 )з/2 и З Pз/2—З Р]/2) только три являются оптически разрешенными. На рис. 3.2 обозначены только две наиболее интенсивные линии. [c.77] Среднее по ансамблю систем — Прим. ред. [c.78] Термины кет-вектор пУ и бра-вектор л происходит от английского слова Ьгаке — скобки, т. е. 1 . — Прим. ред. [c.79] Из данного равенства следует, что средняя энергия равна сумме собственных значений оператора энергии с весовыми коэффициентами, равными вероятностям нахождения системы в состояниях, описываемых собственными функциями. [c.80] Вернуться к основной статье