पैकेट के रूप में ऊर्जा क्यों आती है?
फोटॉन चार्ज के निरंतर दोलन द्वारा जारी ऊर्जा के पैकेट हैं।
लेकिन इस बारे में मेरे कुछ सवाल हैं।
चूंकि इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स के बीच संक्रमण करते समय नियमित रूप से दोलन करते हैं, फिर ऊर्जा पैकेट के रूप में क्यों जारी की जाती है और तरंगों के रूप में निरंतर नहीं होती है? इलेक्ट्रॉनों द्वारा जारी ऊर्जा में इस असंतोष का क्या कारण है ?
गणितीय तर्क की तुलना में एक भौतिक तर्क की अधिक सराहना की जाएगी।
नोट : निरंतर शब्द से , मैं इस तथ्य का उल्लेख कर रहा हूं कि दो लगातार फोटॉन के उत्सर्जन के बीच समय का अंतर है, जबकि तरंगों को लगातार बिना किसी अंतराल के उत्पन्न किया जाता है।
जवाब
फोटॉन बहुत सफल क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत मानक मॉडल में क्वांटम यांत्रिक प्राथमिक कण हैं । यदि आप तालिका को देखते हैं, तो वे इलेक्ट्रॉनों के बराबर होते हैं, और व्यक्तिगत फोटॉन बिंदु कण होते हैं , न कि किसी स्थान पर तरंगें । क्या तरंगें गणितीय जटिल मान तरंग है$Ψ$, जिसका केवल औसत दर्जे का पूर्वानुमान , अंतरिक्ष में एक फोटॉन (x, y, z, t) की वास्तविक संख्या के बराबर होने की संभावना है$Ψ^*Ψ$ ।
आपने (पिछले संस्करण में) जो तैयार किया था , वह क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में एक फ्री फोटोन का वर्णन था , और यह एक संभावना तरंग पैकेट है, न कि अंतरिक्ष और समय तरंग तरंग।
चूँकि वे नियमित या लगातार दोलन करते हैं तो पैकेट के रूप में ऊर्जा क्यों निकलती है?
आधार गलत है। व्यक्तिगत फोटॉन दोलन नहीं करते हैं, एक बार में एकल फोटॉन के साथ इस प्रयोग को देखें । यह मापने की संभावना है कि यह दोलन करता है।
रिलीज की गई ऊर्जा में इस असंतोष का क्या कारण है ??
तथ्य यह है कि एक एकल कण है जो इसे ले जा रहा है।
क्या हम इनमें से प्रत्येक फोटॉनों के बीच के समय के अंतराल की गणना कर सकते हैं (जो तब होना चाहिए जब हम उन्हें पैकेट के रूप में कहते हैं), भले ही यह बहुत लंबा हो ??
क्वांटम यांत्रिकी में जो कुछ भी गणना की जा सकती है वह संभाव्य है। एक गणना करने योग्य संभावना होगी, स्रोत पर निर्भर करता है, चाहे एक परमाणु, या एक decelerating इलेक्ट्रॉन या अन्य चार्ज कण।
जैसे कि एक फोटॉन की ऊर्जा है $hν$ कहाँ पे $ν$शास्त्रीय तरंग की आवृत्ति कई हज़ारों फोटॉनों का निर्माण होता है (ऊपर एकल फोटॉनों की लिंक देखें) और ज एक बहुत छोटी संख्या है, साधारण विद्युत चुम्बकीय तरंगें, प्रकाश, एक तरह से फोटॉनों के ज़िलों से निकलते हैं जो क्वांटम डायोडनामिक्स के साथ गणना योग्य हैं।
चूंकि इलेक्ट्रॉन नियमित रूप से दोलन करते हैं तो ऊर्जा को पैकेट के रूप में और तरंगों के रूप में लगातार क्यों नहीं छोड़ा जाता है? इलेक्ट्रॉनों द्वारा जारी ऊर्जा में इस असंतोष का क्या कारण है?
मुक्त इलेक्ट्रॉनों, निश्चित गति के, दोलन नहीं करते हैं। उन्हें (एक्स, वाई, जेड, टी), वेवफंक्शन से जुड़े होने की संभावना की, साइनसोइडल व्यवहार है।
कुछ क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या कम हो जाती है, वे फोटॉन , यानी प्रारंभिक कण, जो उनके अस्तित्व से ऊर्जा को दूर ले जाते हैं।
परमाणुओं में बंधे इलेक्ट्रॉन नियमित रूप से दोलन नहीं करते हैं । वे विशिष्ट क्वांटम संख्या के साथ विशिष्ट ऊर्जा स्तरों पर कक्षा में यांत्रिक रूप से बाध्य होते हैं। हाइड्रोजन में इलेक्ट्रॉनों के लिए सरल ऑर्बिटल्स देखें ।
वास्तव में, परमाणुओं का स्पेक्ट्रा, विरूपता, मूल कारणों में से एक है क्वांटम यांत्रिकी का आविष्कार किया गया था। देखिये मेरा यह जवाब ।
सीधा जवाब है कि किसी को पता नहीं क्यों। हम केवल जानते हैं कि कैसे।
मैं कैसे मतलब है कि हम प्रयोगात्मक संख्या की भविष्यवाणी करने के लिए सटीक तरीके हैं। हम उन्नत तरीकों के साथ तरंग समीकरणों को हल कर सकते हैं, जैसा कि क्वांटम रसायन विज्ञान में है, और उदाहरण के लिए QED विकिरण सुधार पर जोड़ें।
तो हम जानते हैं कि कैसे और क्यों नहीं लहर समीकरणों खाते हैं, और बहुत सटीक रूप से असतत कणों के व्यवहार के लिए ।
मुझे लगता है कि यह महत्वपूर्ण है कि हम अपना कार्ड टेबल पर रखें और छात्रों को यह सोचने के लिए प्रशिक्षित नहीं किया जाता है कि हम क्यूएम को पूरी तरह से समझते हैं।
संक्षिप्त उत्तर: फोटॉनों के उत्सर्जन का मतलब यह नहीं है कि उनकी आवृत्ति बंद हो जाएगी, बल्कि उनकी ऊर्जा विवेकहीन हो जाएगी $E=\hbar \omega$प्लैंक संबंध। परिभाषा के अनुसार फोटॉन इसकी आवृत्ति द्वारा दी गई ऊर्जा है, इसलिए वे असतत होने के लिए बाध्य हैं।
लंबा एक: मौलिक रूप से फोटॉन (बड़े पैमाने पर स्पिन-$1$ कण) क्वांटम क्षेत्र द्वारा दिए गए हैं $$A_{\mu}(x)=\int \frac{d^3p}{(2\pi)^3}\frac{1}{\sqrt{2\omega_p}}\sum_{j=1}^2(\epsilon_{\mu}^{i}(p)a_{p,i}e^{-ipx}+\epsilon_{\mu}^{i*}(p)a_{p,i}^{\dagger}e^{ipx})$$ इसलिए जब भी हमारे पास एक फोटॉन होता है तो हमें पता चलता है कि यह कार्रवाई के द्वारा बनाया गया है $a^{\dagger}$ निर्वात पर $ |0\rangle$ तो यह असतत होने के लिए बाध्य है, लेकिन इसका उत्पादन किसके द्वारा किया जाता है $e^-,e^+,p^+$ या किसी अन्य व्यवहार्य प्रक्रिया, मजबूत कथन।
त्वरण द्वारा फोटॉन उत्पादन का आपका उदाहरण$*$ का $e^-$बहुत अधिक घटना ब्रेमस्त्र्रह्लंग , साइक्लोट्रॉन विकिरण , सिंक्रोट्रॉन विकिरण में दिखाई देती है । ओवरसिम्प्लीफिकेशन के जोखिम पर, इन सभी प्रक्रियाओं का प्रतिनिधित्व किया जा सकता है
तो आप देख सकते हैं कि एक फोटॉन हमारी परिभाषा के कारण असतत है। शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स में, मोटे-अनाज के कारण, हम फोटॉन को एक निरंतरता या ईएम तरंगों के रूप में लेते हैं। उन्हें प्रति यूनिट समय में इतनी बड़ी संख्या में बमबारी हो रही है कि हमें इस विसंगति को ध्यान में रखने की आवश्यकता नहीं है।
कक्षाओं या बैंड संरचना के बीच इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के दौरान फोटॉनों की असंगति के लिए। वे केवल अस्तित्व में आ सकते हैं यदि इलेक्ट्रॉन आवश्यक ऊर्जा संक्रमण करते हैं, पूर्व। बाध्य इलेक्ट्रॉन के एलईडी, हाइड्रोजन स्पेक्ट्रम के बाद से ही असतत ऊर्जा प्राप्त करने के लिए हम असतत आवृत्ति प्राप्त करने के लिए बाध्य हैं।
लेकिन अन्य समय में थर्मल उत्सर्जन / ब्लैक बॉडी विकिरण उत्सर्जित फोटॉन की आवृत्ति एक निरंतरता है, इसलिए यहां केवल ऊर्जा का विवेक होता है।
Takeaway: पहले मामले में ऊर्जा और आवृत्ति दोनों को अलग कर दिया जाता है जबकि दूसरे मामले में केवल ऊर्जा का ही विवेकाधिकार किया जाता है इसलिए यदि आप एक काउंटर लगाते हैं जो फोटॉन ऊर्जा और आवृत्ति को रिकॉर्ड करता है तो आप पूर्णांक में क्लिक प्राप्त करने के लिए बाध्य होते हैं जब तक कि आपकी तीव्रता बहुत अधिक न हो (नहीं क्यूएम की आवश्यकता) फोटॉन की हमारी परिभाषा के कारण भी पूर्व के लिए न केवल व्यक्तिगत फोटॉनों की ऊर्जा आवृत्ति से संबंधित होगी, बल्कि आवृत्ति चरणों में आएगी जबकि बाद वाले फोटॉन में उनकी विशेषता ऊर्जा होगी लेकिन आवृत्ति निरंतरता में होगी।
$*$ त्वरण QM में परिभाषित नहीं है।
तुम लिखो:
चूंकि इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स के बीच संक्रमण करते समय नियमित रूप से दोलन करते हैं, फिर ऊर्जा पैकेट के रूप में क्यों जारी की जाती है और तरंगों के रूप में निरंतर नहीं होती है?
मुझे लगता है कि यह ठीक वही कारण है जिसके कारण क्वांटम यांत्रिकी बनी। यदि इलेक्ट्रॉन कम ऊर्जा वाले कक्षीय की ओर जाते समय विकिरण का उत्सर्जन करेंगे, तो आप इस प्रक्रिया को शास्त्रीय विद्युत चुम्बकीय तरीके से देख रहे हैं। इलेक्ट्रॉन परमाणु के नाभिक की ओर नीचे की ओर बढ़ता रहेगा जबकि लगातार विद्युत चुम्बकीय तरंगों ( बढ़ती आवृत्ति के साथ ब्रेम्स्ट्राहलंग ) को तब तक उत्सर्जित करता रहेगा, जब तक कि वह उसमें धंस न जाए।
जाहिर है, यह मामला नहीं है। परमाणु स्थिर विन्यास हैं। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन केवल परमाणु की कक्षाओं में ही निवास कर सकते हैं और बीच में (या नहीं) (या एक सामान्य रेखीय संयोजन में)।
जब एक इलेक्ट्रॉन कम ऊर्जा के साथ एक कक्षीय पर वापस गिरता है, तो यह विकिरण को छोड़ते समय इलेक्ट्रॉन को निम्न ऊर्जा स्तर तक आगे नहीं बढ़ाता है। जैसा कि कहा गया है, इलेक्ट्रॉन आगे गिरने से क्या रुकेगा? यह लगभग एक तात्कालिक घटना में होता है।
उदाहरण के लिए, एक उच्च ऊर्जा कक्षीय में इलेक्ट्रॉन (संबंधित ईजेन-कक्षीय में)। यह एक निरंतर तरीके से निचले कक्षीय के लिए नहीं उतरेगा जबकि निरंतर ब्रम्हस्त्राह्लुंग (जो कि आवृत्ति में बढ़ रहा है) का उत्सर्जन करता है, लेकिन, उदाहरण के लिए, एक, दो, या अधिक फोटॉन का उत्सर्जन करके, जो एक साथ दो ऑर्बिटल्स के बीच ऊर्जा अंतर रखते हैं।
फोटॉनों को तरंग-तरंगों के रूप में कई आवृत्तियों के साथ उत्सर्जित किया जाता है, इसलिए उनमें एक अच्छी तरह से परिभाषित ऊर्जा नहीं होती है। लेकिन न तो ऑर्बिटल्स हैं, जैसा कि वे अंतरिक्ष के एक सीमित टुकड़े पर कब्जा कर रहे हैं, इसलिए हाइजेनबर्ग के अनिश्चित संबंधों के कारण, इलेक्ट्रॉन की गति में अनिश्चितता भी है (और इस प्रकार ऊर्जा)। इसलिए हम मतलबी मूल्यों की बात कर रहे हैं।
निचला रेखा: इलेक्ट्रॉन नाभिक की ओर लगातार नीचे नहीं घूमते हैं क्योंकि उस स्थिति में, परमाणु मौजूद नहीं हो सकते हैं। और दुनिया बहुत अलग दिखेगी! क्वांटम यांत्रिकी बचाव के लिए आए।
हो सकता है कि आपको यह सवाल पसंद आए और इसका जवाब दिया जाए।