Citat:
Ursprungligen postat av
adolf512
Min föreläsare i atomfysik berättade att om man skall räkna på en atom så får man fram något i stil med att alla energinivåer en electron kan vara i(tror det var så) är stabila enligt kvantmekaniken om man bara tar hänsyn till skälva atomen men inte tar hänsyn till att det hela tiden finns fluktuationer.
Ok, då kör vi!
Kärnan i det här argumentet kommer vara energiprincipen: energin måste bevaras.
Först och främst måste vi nog förstå varför en klassisk atom kollapsar. Vi kan försöka modellera en atom som en klassisk elektron, en punktpartikel alltså, i en bana runt atomkärnan, med Newtons och Coulombs lagar. Banan blir då en ellips, precis som planeternas banor runt solen (eftersom kraften är proportionerlig mot 1 delat med avståndet i kvadrat i båda fallen). Ellipsens storaxel beror på energin, ju mer energi desto större storaxel. Den här modellen är helt stabil. Elektronen fortsätter i samma bana hela tiden. Varför?
Jo, energin måste ju bevaras. För att banan ska kunna krympa eller expandera måste energi föras bort eller till. Men vi har inte tagit med något i modellen som har energi, förutom elektronen, så det går inte. Det vi har missat är att elektronen ger upphov till ett elektriskt fält, och det elektriska fältet kan ha energi. Om man då använder Maxwells ekvationer, som beskriver de elektriska och magnetiska fältet, visar det sig att elektronen tappar energi till elektromagnetisk strålning. Effekten kallas passande nog bromsstrålning (
Brehmsstrahlung på engelska, från tyskan). (Analogt för gravitationen upptäcker man med allmän relativitetsteori att ett solsystem strålar gravitationsvågor.)
Det här var helt klassiskt, så låt oss försöka beskriva det kvantmekaniskt istället. Energiprincipen fortsätter att gälla i kvantmekaniken. Om man ställer upp en kvantmekanisk modell för den första modellen, den med bara elektronen, får man fram att det finns ett antal energinivåer. Precis som i det klassiska fallet gäller det att elektronen inte kan byta energinivå, för det finns ingenstans i modellen för energin att ta vägen (eller tillföras från). Det finns dock en viktig skillnad mot det klassiska fallet: energinivåerna är nedåt begränsade, det finns en lägsta tillåten energi.
Om man nu lägger till det elektromagnetiska fältet, kvantiserar också det, då blir det möjligt för elektronen att övergå till lägre eller högre energinivåer. Det första är alltid tillåtet, då sänds strålning ut. Det andra kan bara ske om strålning absorberas. Det är energiprincipen igen. Det som förhindrar total kollaps är att det finns en lägsta energinivå. Emission av strålning sker snabbare om atomen utsätts för strålning med liknande våglängd. (Detta är en av grunderna för en laser - Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation.) Man kan se strålning som en störning av systemet, men emission är som sagt tillåtet även när antalet fotoner är noll.
