Спонтанное испускание (спонтанное излучение). РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Спонтанное испускание (спонтанное излучение) - процесс самопроизвольного испускания эл--магн. излучения атомами и др. квантовыми системами, находящимися на возбуждённых уровнях энергии (см. Квантовый переход ).В отличие от вынужденного излучения, С. и. не зависит от воздействия на квантовую систему внеш. излучения, и его закономерности определяются исключительно свойствами самой системы (подобно др. типам спонтанных процессов - радиоакт. распаду, превращению молекул при мономолекулярных реакциях и др.).

С. и. возникает при спонтанном квантовом переходе возбуждённой системы с более высокого уровня энергии

на более низкий

и характеризуется частотой v_ik испускаемого фотона с энергией

и вероятностью А_ik, равной ср. числу фотонов, испускаемых квантовой системой в единицу времени (см. Эйнштейна коэффициенты ).Если населённость уровня равна N_i, то мощность С. и. (энергия фотонов, испускаемых в 1 с) равна

; она определяет интенсивность С. и., к-рая остаётся постоянной при постоянстве N_i. Если задана нач. населённость i-гo уровня N_i0, а дальнейшее возбуждение отсутствует, то вследствие С. и. N_i будет убывать со временем t по закону:

- полная вероятность С. и. при переходах системы с уровня энергии

на все более низкие уровни энергии

. Чем больше А_i, тем быстрее затухает со временем С. и. и тем меньше время жизни

на уровне

Вероятность A_ik С. и., являющаяся важнейшей характеристикой квантового перехода, зависит от характеристики уровней, между к-рыми происходит переход. Для диполъного излучения A_ik пропорциональна кубу частоты перехода и квадрату дипольного момента перехода; в видимой области спектра она ~10⁸ c^-1, что соответствует временам жизни возбуждённых уровней энергии ~10^-8 с. В спектроскопии часто пользуются вместо вероятностей А_ik безразмерными вероятностями

, т. н. силами осцилляторов (А₀- вероятность, принятая за 1 и дающая такой же закон затухания С. и., как и для дипольного излучения упруго связанного электрона согласно классич. теории).

Литература по спонтанному испусканию

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.