為了說明微觀世界的或然性和不連續(xù)性,人們?cè)诹孔恿W(xué)中提出了勢(shì)阱模型。這就好比一個(gè)具有一定能量的粒子落入井中,因?yàn)榫哂心芰坎粫?huì)停留在井底,但能量又不夠大從而受困于井中,無法逃脫出來。
然而,對(duì)于微觀粒子來說,其具有與宏觀物質(zhì)不同的兩個(gè)特殊的性質(zhì)。
第一個(gè)特性是隧道效應(yīng),即便是低能粒子也有機(jī)會(huì)逃逸出來,就好像是在井壁上鑿出了一條隧道。其原因在于,井壁只是粒子高速運(yùn)動(dòng)所形成的封閉性,具有概率性。這就相當(dāng)于向電扇發(fā)射子彈,子彈無礙通過是具有概率的,大約等于子彈與扇葉速度的比值。
第二個(gè)特性是量子化條件,即粒子在勢(shì)阱中的存在狀態(tài)是不連續(xù)的。實(shí)際上,就是同時(shí)滿足兩個(gè)勢(shì)阱壁的能量是不連續(xù)的,類似二元一次方程組的解,有兩個(gè)不相等的解。
舉個(gè)形象的比喻,電子在原子中的能級(jí)就像高層住宅??,電子只能根據(jù)其能量的大小待在不同的樓層居住,不允許待在非整數(shù)的樓層如1.5層居住。當(dāng)原子中的電子受到了能量的激發(fā)(通電),如果能量合適則該電子獲得能量搬入上層居住,如果能量不合適就拒絕接收能量或被能量趕出住所。
然而,獲得能量的電子,在高層居住的治安環(huán)境并不好,經(jīng)常發(fā)生偷盜。當(dāng)電子的能量被偷之后,電子就無權(quán)住在高層了,被趕回底層居住。
這就是電子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)的物理機(jī)制。偷走能量的是作為物理背景的空間量子,使該量子由原來的基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),成為能夠引起我們?nèi)搜鄹袘?yīng)的光子。
所以,電子躍遷的本質(zhì),是高能電子通過激發(fā)空間量子,使之成為光子,將自身的能量轉(zhuǎn)移給了量子空間,從而回歸到低能的基態(tài)。
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