从微扰到量子涨落 揭露电子跃迁背后的奥秘

大家都知道原子是由核和电子两部分组成，电子在原子核周围按照一定的规律运动，这些规律可以用量子力学来描述，简单地说，就是电子只能存在于一些特定的能级上，每个能级对应一个特定的轨道。电子在同一个轨道上运动时，它的能量是恒定的，不会发生变化。但是，电子也可以从一个轨道跳到另一个轨道，这就是我们常说的电子跃迁。

举个例子，如果我们用一束光照射一个氢原子，那么这束光就相当于一个微扰。它会使得氢原子中的电子受到一个周期性的电场力作用，从而改变它在不同轨道上运动的概率。如果这束光的频率刚好等于两个轨道之间的能量差所对应的频率，那么就有很大可能性触发电子吸收一个光子，从低能级跳到高能级，这就是受激吸收。反之，如果电子本来就在高能级上，并且遇到了一个与其能量差相同频率的光波，那么它也有很大可能性释放出一个光子，并且回到低能级上，这就是受激辐射。

那么，自发辐射的原理是什么呢？为什么电子会在没有外界干扰的情况下突然放出一个光子呢？这里我们需要引入一个更深层次的概念，就是量子涨落。简单来说，激光的自发辐射实际上是由于宇宙线的原子与自然界的真空场的量子涨落引起的相互作用而一步一个脚印地产生的。

真空场并不是完全平静的，而是存在着无穷多个模式，每个模式都有一个最小能量，称为零点能。这些模式会随机地波动，导致电磁场在空间和时间上有微小的变化。当一个原子处于激发态时，它会感受到真空场的波动，并以一定的概率跃迁到基态，同时放出一光子。这就是自发辐射的本质。当原子处于稳定态时，它不会发生自发辐射，因为它的电子已经被吸收了。

（编辑：银川站长网）

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