氢原子在经历能级跃迁时,能发射多少光子?
理论上可以有无数种,一般认为是五个能级。根据普朗克的E=hv,其中E可以表示能级差,H是普朗克常数,V是光子的频率,可以推导出有15种。
跃迁是量子力学系统状态发生跳跃式变化的过程。原子在光的照射下从高(低)能态跃迁到低(高)能态发射(吸收)光子的过程,就是典型的量子跃迁。即使没有受到光的照射,受激原子也可以在真空零场涨落的作用下,跃迁到更低的能态,发射光子(自发辐射)。除了辐射过程,其他散射过程和衰变过程也属于量子跃迁。
量子跃迁是一个概率过程,这是量子定律的基本特征。以原子能级跃迁为例,无法预测一个原子什么时候跃迁,有的原子跃迁可能早发生,有的原子跃迁可能晚发生,所以激发态原子的寿命并不均匀,但对于大量原子来说,激发态的平均寿命是确定的,可以通过实验测量和理论计算。量子跃迁的速率与跃迁前后系统和态的相互作用有关,并遵守一定的守恒定律。原子能级跃迁遵循的选择规则是角动量守恒和宇称守恒的结果。
微观粒子的量子态变化,包括从高能态到低能态,从低能态到高能态。当一个粒子因受热、碰撞或辐射而获得相当于两个能级之差的激发能量时,它会从能量较低的初态跃迁到能量较高的激发态,但它是不稳定的,有自发返回稳定态的趋势。相应的能量释放后,粒子自动回到原来的状态。这些行为被称为跃迁,遵守严格的量子规则。它吸收或发射的能量是h的整数倍,如果用光的形式表示,就会引起谱线的分离。