О строении вещества простым языком

Схема опыта Вавилова

Кванты света – фотоны – испускаются источником случайными порциями, то есть количество фотонов в каждой вспышке разное: 104, 111, 102, 95,108, 97, 103 и т.д. Порог видимости человеческого глаза ≈ 100 фотонов. Выходит, что глаз замечает не каждую порцию света, а только ту, которая содержит достаточное число фотонов. Эксперименты Вавилова подтверждают квантовую природу света.

Волновая природа света

В один случаях, свет ведет себя, словно состоит из частиц, в других случаях, как электромагнитная волна.

Возьмем источник света и темный экран. Межу ними закрепим непрозрачный лист с щелью. На экране появится светлая полоса. Это очевидно. Часть фотонов задерживается листом, а другая проходит сквозь щель и попадает на экран.

Если взять лист с двумя щелями, то на экране ожидаемо появятся 2 светлые полосы. Но если расположить щели достаточно близко друг к другу, то на экране вместо 2 полос появляется череда из светлых и темных полос. Как так?

Двухщелевой опыт

Если в озеро бросить камень, то от места падения камня начнут расходится волны. Если бросить 2 камня рядом, волны будут накладываться друг на друга. В одних местах волны погасят друг друга, в других – усилят.

Если настроить опыт определенным образом, то свет проявит волновые свойства. 2 щели становятся двумя источниками электромагнитных волн. Волны из этих источников накладываются друг на друга. Это приводит к взаимному усилению волны на одних участках и взаимному ослаблению на других. Это явление назвали интерференцией.

Интерференция – наложение электромагнитных волн.

Когда волны усиливают друг друга возникает конструктивная интерференция. Участкам, где волны усиливаются соответствуют светлые полосы на экране.

Когда волны ослабляют друг друга возникает деструктивная интерференция. Участкам, где волны гасятся, соответствуют темные полосы на экране.

Образуется устойчивая картина максимумов и минимумов амплитуды колебаний, которую отражает череда светлых и темных полос на экране – интерференционная картина.

Интерференция

Опыты описанные выше были проведены в 1802 г. английским учёным Томасом Юнгом. Эти эксперименты доказывают волновую природу света.

Может ли частица быть волной?

Частицы и электромагнитные волны – совершенно разные понятия с точки зрения классической физики, но свет проявляет двойственные свойства.

Принято считать, что свет ведет себя как волна при распространении, и как частица при излучении или поглощении.

Эта теория была выдвинута в 1923 г. французским физиком-теоретиком Луи де Бройлем и названа корпускулярно-волновым дуализмом.

Корпускулярно-волновой дуализм – явление, при котором микрообъекты в одних условиях проявляют свойства частиц, в других – свойства электромагнитных волн.

Слово "корпускула" – устаревший синоним слова "частица". Слово "дуализм" в переводе с латыни означает "двойственность".

Изначально считалось, что корпускулярно-волновой дуализм характерен только для света. Последующие эксперименты показали, что интерференция наблюдалась при бомбардировке экрана электронами, протонами, ядрами, атомами и даже небольшими молекулами. Корпускулярно-волновой дуализм – обычное явление для квантового мира.

К двухщелевому опыту Юнга мы еще вернемся, только теперь будем рассматривать это явление на интерференции электронов.

Постоянная Планка

Почти в каждой формуле квантовой физики есть постоянная величина или .

Впервые эта константа была упомянута немецким физиком-теоретиком Максом Планком в его работе о тепловом излучении, поэтому эту величину назвали постоянной Планка.

Это фундаментальная константна квантовой механики. В 1900 г. М. Планк предложил формулу, которая связывает энергию кванта электромагнитной волны и её частоту:

,

где h = 6,626 070 × 10⁻³⁴ Дж × с;

– энергия фотона;

– частота излучения.

Во многих формулах необходимо пользоваться значением , поэтому часто используют приведённую постоянную Планка:

= 1,055 × 10^-34 Дж × с

Использование приведённой постоянной Планка значительно упрощает многие, из без того сложнейшие, расчёты квантово-механических задач.

Волны де Бройля

Любая микрочастица ведет себя как частица в один условиях, и как волна – в других. Электромагнитную волну можно охарактеризовать длиной волны и частотой . Чтобы найти эти величины можно воспользоваться формулой:

,

где – длина волны;

– постоянная Планка;

– импульс;

– масса частицы;

– скорость частицы.

Эта волна получила название в честь Луи де Бройля, так как он первый высказал предположение о существовании таких волн.

Все объекты Вселенной гипотетически обладают двойственной природой и могут проявлять волновые свойства. Почему же мы с вами не интерферируем, когда проходим в дверь?

Чтобы частица повела себя как волна, размер щели, через которую она проходит должна быть соизмерима с длиной волны этой частицы. Длина волны, создаваемой человеком массой 80 кг и движущегося со скоростью 5 км/час равна 6 × 10^-36 м. Для сравнения, диаметр самого маленького атома – атома водорода – 1,2 × 10^-10 м. Поэтому проходя через дверь шириной в 1 м мы никак не можем проявить волновые свойства.

Для микрочастиц длины волн соизмеримы с размерами атомов и проявление двойственной природы становится возможным.

Существование волн де Бройля позволило создать электронный микроскоп. Его разрешающая способность намного выше самого лучшего оптического микроскопа. Оптический микроскоп работает на основе световой волны, электронный микроскоп – на основе пучка электронов. Длина волны электрона намного меньше световой, что и позволяет различать меньшие объекты.

"Эффект наблюдателя"

В двухщелевом опыте электроны интерферируют, проявляя волновые свойства. Попробуем узнать "почему". Возле барьера с двумя щелями поставим датчик, фиксирующий движение электронов и узнаем, что там происходит.

Как только мы установили датчик и направили поток электронов на экран, вместо интерференционной картины, мы получили просто 2 полосы. Электроны перестали проявлять волновые свойства и повели себя как частицы. Они просто прошли через обе щели и отобразились на экране. Если убрать датчик и повторить эксперимент, электроны снова проявляют волновые свойства, и мы видим интерференционную картину.

Выходит, само наблюдение этого явления кардинальным образом влияет на результат. Это назвали "Эффект наблюдателя": простое наблюдение какого-либо явления неизбежно приводит к его изменению.

Разберемся, как наблюдение, казалось бы, безобидное, портит всю малину. Чтобы увидеть какой-то объект, его нужно осветить. Часть световых лучей отразиться от объекта и глаз уловит эти лучи. В результате, мы увидим объект.

Что значит "осветить"? Когда мы на что-то светим, поток фотонов падает на объект. Фотоны – маленькие частицы. Частицы такого размера не оказывают существенного влияния на объекты из нашей жизни. Когда мы хотим увидеть электрон, мы тоже сперва должны на его осветить. Размеры фотона и электрона соизмеримы. Фотон, сталкиваясь с электроном, влияет на него и электрон уже ведет себя иначе.

Может показаться, что "Эффект наблюдателя" проявляется только на микроуровне. На самом деле мы встречаем "Эффект наблюдателя" и в обычной жизни. Приведем несколько примеров:

1. Чтобы измерять давление в шинах, придется спустить немного воздуха.

2. Самый точный амперметр имеет сопротивление и немного меняет силу тока в цепи.

3. Термометр, измеряя температуру тела немного его охлаждает. (Обычно термометр имеет температуру меньшую температуры тела. Чтобы измерять температуру, сначала он сам должен нагреться до температуры тела и только потом начать измерение. Для нагрева термометр берет теплоту у тела, при этом его охлаждая.)

Хоть "Эффект наблюдателя" и проявляется в макромире, он нам не мешает. Влияние, которое он оказывает на измеряемые объекты незначительно. Чем меньше, измеряемый объект, тем большее влияние на него и на результат измерения оказывает "Эффект наблюдателя". На микроуровне это влияние принципиальное.

"Эффект наблюдателя" – следствие декогеренции.

Декогеренция – явление, при котором микрочастицы взаимодействуют с окружающей средой и теряют свои квантовые свойства.

Принцип неопределённостей Гейзенберга

Попробуем измерять скорость электрона. Теоретически, если выстрелить электроном из электронной пушки и сфотографировать его, то зная время и путь, пройденный электроном, можно легко найти скорость электрона по формуле:

На практике, чтобы сфотографировать электрон, на него нужно посветить. Фотон, столкнувшись с электроном повлияет на него и изменит характеристики его движения. Та скорость, которую мы измеряли уже не актуальна, потому что после измерения скорость электрона будет другой.

В нашем мире мы можем измерять скорость и координату объектов, не влияя на них. Определяя скорость автомобиля, мы ее не изменим. После измерения автомобиль продолжит свое движение с той же скоростью. Зная скорость и начальную координату автомобиля, мы можем узнать его положение через любой промежуток времени.

С микрочастицами всё сложнее. Сфотографировав электрон, мы точно определили его координату, но его скорость нам больше не известна. Если измерять скорость электрона другим способом, который не повлияет на сам электрон, то мы не сможем определить его координату. Например, мы можем измерить скорость электромагнитной волны, создаваемой электроном, но электромагнитная волна делокализована в пространстве и не имеет точной координаты. Чем точнее мы измеряем координату, тем менее точно можем определить скорость и наоборот. Этот принцип называется "Принцип неопределенностей". Открыт в 1927 г. немецким физиком Вернером Гейзенбергом. Этот фундаментальный принцип – следствие корпускулярно-волнового дуализма.

Если направить поток электронов на экран, то на экране увидим пятно. Если на пути потока электронов поставить щель и сужать её, то пятно будет тоже сужаться, что и так понятно. Но в определенный момент, сужая щель, мы увидим, что пятно начинает расширятся. Это никак не объясняется логикой, но объясняется принципом неопределенностей Гейзенберга. В чем же его смысл?

Скорость частицы можно охарактеризовать не только самой скоростью , но и импульсом частицы . Импульс – произведение массы и скорости:

.

Масса электрона – величина постоянная, равная 9,1093837 × 10⁻³¹ кг.

"Эффект наблюдателя" не позволит точно измерять ни скорость частицы, ни ее координату. У любой величины будет какая-то погрешность измерения – дельта Δ. Погрешность координаты обозначают , погрешность импульса – .

Оказалось, что произведение этих двух погрешностей не может быть меньше половины приведённой постоянной Планка = 1,055 × 10^-34 Дж × с. Математически Принцип неопределённостей Гейзенберга выражается так:

Согласно принципу неопределённостей у частицы не могут быть одновременно точно измерены положение и скорость (импульс). Если более точно измерять импульс, то координата частиц будет определена менее точно и наоборот.

Вернемся к опыту с щелью и электронами. Если сужать щель, то неопределенность координаты , будет уменьшаться и мы точнее будем определять положение электрона. В какой-то момент мы достигнем предела. Если уменьшать щель дальше, нарушиться соотношение неопределенностей. Что бы принцип неопределённостей был соблюден, должна вырасти неопределенность импульса по направлению координаты х: по горизонтали. Если раньше электроны летели прямо, то теперь они должны отклониться влево или вправо. В результате пятно света, создаваемое электронами будет расширяться.

Дальнейшие исследования показали, что Принцип неопределенностей проявляется не только для координаты и импульса, но и для тока и напряжения, электрического и магнитного полей.

очень маленькая величина, поэтому в нашей жизни мы не сталкиваемся с принципом неопределенности Гейзенберга и существенное влияние он оказывает только на уровне микрочастиц.

Демон Лапласа

Французский математик Пьер-Симон, маркиз де Лаплас придумал существо, которое знает расположение (координаты) всех частиц во Вселенной и их импульсы. Это существо назвали Демоном Лапласа.

Согласно этому мыслительному эксперименту, Демон Лапласа обладает огромной выделительной способностью и может рассчитать характеристики движения любой частицы.

Всё состоит из частиц и рассчитав координату каждой частицы через время , мы сможем определить положение любого объекта во Вселенной. Если рассчитать координату каждой частицы в вашего тела через 10 лет, можно определить, в каком городе вы будете жить, где работать и т.д. По сути, предсказать ваше будущее.

Чтобы провести такие расчёты необходимо устройство, которое обладает достаточной вычислительной способностью – тот самый Демон Лапласа.

Эксперимент прост и гениален, но не реализуем. Математик Лаплас не учел действие принципа неопределенности Гейзенберга. В макромире мы можем рассчитать "будущее" движущегося шарика, но сделать тот же фокус для микрочастиц невозможно. Чем точнее определена координата частицы, тем менее точно определен импульс частицы. Квантовая механика не позволяет Демону Лапласа предсказать положение частиц через какой-то промежуток времени.

Квантовая суперпозиция

Мы привыкли, что для каждого объекта существует только одно из возможных взаимоисключающих состояний:

– шарик катится вперед;

– машина поворачивает направо;

– юла вращается по часовой стрелке и т.д.

В квантовой механике всё сложно. Вы уже знакомы с корпускулярно-волновым дуализмом, при котором микрообъект является и частицей, и волной одновременно.

В нашем мире шарик не может катиться и вперед, и назад, а машина не может поворачивать в обе стороны одновременно. Микрочастицы могут находится в двух взаимоисключающих состояниях одновременно и такое состояние назвали квантовой суперпозицией.

Квантовая суперпозиция – основополагающий принцип квантовой механики, согласно которому частица может находится в двух взаимоисключающих состояниях одновременно.

Упрощенно говоря, частица может быть в двух местах сразу, лететь в обе стороны одновременно, столкнутся с другой частицей и пролететь сквозь нее и т.д.

Чтобы еще больше вас запутать разберем мысленный эксперимент "Кот Шрёдингера". В закрытой коробке находится кот, колба с ядом и устройство с молотком, разбивающим эту колбу. Если колбу разбить, яд выльется и кот умрёт. Если колба останется целой, кот выживет. Конец эксперимента наступает, когда мы открываем коробку и смотрим жив ли кот. Внутри устройства, разбивающего колбу, находится один атом урана. Уран – радиоактивный атом и в любой момент может распасться. Устройство активируется, если атом урана распадается. Распад этого атома – явление случайное. Пока мы не заглянули в коробку мы не знаем жив ли кот. Для нас кот находится в двойственном состоянии: и жив, и мёртв одновременно. Он находится в состоянии суперпозиции. И только, когда мы открываем коробку и смотрим внутрь, кот приобретает одно состояние: либо жив, либо мёртв. Суперпозиция разрушается.

"Кот Шрёдингера" на первый взгляд похож на абсолютный бред. На второй взгляд тоже. Эрвин Шрёдингер и пытался это объяснить. В нашем мире не существует одновременно и живых и мёртвых котов, но в квантовом мире двойственное состояние частиц – обычное явление.

Вернемся к двущелевому эксперименту. Изначально предполагали, что электроны отталкивают друг друга во время полета и формируют череду полос. Чтобы проверить эту гипотезу, электронами стреляли по очереди и потом сложили все попадания. Получили тот же результат – интерференционную картину. Объяснить причину такого поведения смогли тем, что электрон летит через обе щели одновременно. Электрон находился в состоянии суперпозиции.

Вероятностный подход

Микрочастицы обладают корпускулярно-волновыми свойствами и могут быть в суперпозиции. Из-за этого частицы не имеют траектории движения и могут находится в нескольких местах сразу.

Один этот факт опровергает планетарную модель атома Резерфорда. Электроны не движутся вокруг ядра атома как планеты, а просто находятся вокруг него и распространяются в пространстве в виде волны.

В квантовой механике движение частиц носит вероятностный характер. Мы не можем точно сказать, где частица находится и как движется, но можем говорить о вероятности нахождения частицы в пространстве.

Рассмотрим самый простой атом – атом Водорода. Он содержит всего один электрон. Электрон находится в состоянии суперпозиции и "размазан" в пространстве вокруг ядра. Если мы попробуем его сфотографировать суперпозиция разрушится и электрон приобретет точную координату. Обозначим ее точкой. Теперь попробуем сделать еще около 100 000 снимков и наложить их друг на друга. Мы получим картину, показывающую, где и как часто находился электрон.

100 000 возможных положений электрона атома Водорода

Как видите, электрон чаще находился в одних областях и реже в других. Для наглядности составим график вероятности обнаружения электрона на разном расстоянии от ядра.

График вероятности обнаружения электрона на разном расстоянии от ядра

Наибольшая вероятность обнаружить электрон на расстоянии 0,053 нм от ядра атома. Если посмотреть справочные материалы, найдем, что радиус атома водорода равен 0,053 нм.

Волновая функция и уравнение Шрёдингера

В классической механике физики пользуются понятиями координата (), скорость (), время (), путь () и траектория.

Путь – расстояние, пройденное телом вдоль траектории движения. Путь описывается уравнением движения классической механики. Мы можем подставить в это уравнение любые значения времени и узнать, где тело окажется через эти отрезки времени.

В классической механике используются следующие формулы, для описания движения объектов:

– скорость тела при равномерном движении;

– координата при равномерном движении;

– скорость тела при равноускоренном движении;

– координата при равноускоренном движении.

В квантовой механике всё не так. Использовать эти формулы для характеристики движения микрочастиц нельзя, так как они не учитывают их вероятностное поведение, волновую природу и возможность нахождения в состоянии суперпозиции.

Поведение микрочастиц описывается волновой функцией. Обозначается буквой . Волновая функция заменяет уравнение движения и учитывает вышеперечисленные особенности микрочастиц.

Чтобы найти волновую функцию частицы, физики решают уравнение Шрёдингера. Так как составление и решение уравнения Шредингера требует знаний высшей математики, мы это пропустим, но как пример, приведем один из вариантов записи уравнения Шредингера:

.

Нахождение волновой функции даст нам возможные положения частицы и вероятности этих положений.

В квантовой механике часто используется принцип суперпозиции. Волновую природу микрочастиц описывают волновой функцией. В суперпозиции существуют одновременно несколько взаимоисключающих состояний. Суперпозицию записывают как сумму всех возможных состояний:

где – волновые функции различных состояний.

– вероятность нахождения системы в состояниях соответственно.

Состояние, при котором физическая величина не имеет определенного значения, а определяется суперпозицией вероятных состояний –характерная черта квантовой механики, отличающей ее от классической механики.

Классическая механика неспособна описать такое "смешанное" состояние.

Суперпозиция – очень "хрупкое" состояние и при незначительном воздействии разрушается и принимает только одно из двух состояний. Открывая коробку с котом Шредингера, суперпозиция разрушается и кот оказывается либо жив, либо мёртв. Увидеть суперпозицию невозможно, так как эффект наблюдателя неизбежно ее разрушает. Это явление называется коллапсом волновой функции.

Коллапс волновой функции – мгновенное изменение волновой функции объекта, приход к единому состоянию, происходящий при измерении.

Объясним это явление графически. До измерения координата неопределенная и носит вероятностный характер. Наше наблюдение скачком меняет волновую функцию. Из множества вариантов остается один случайный, в котором мы обнаруживаем частицу.

Графическое объяснение коллапса волновой функции

Квантовая запутанность

Самые важные решения в жизни желательно принимать бросая монетку. Когда монета находится в полете, можно сказать, что она находится в состоянии суперпозиции: "орёл" и "решка" одновременно. Ее двойственное состояние можно описать волновой функцией. Как только мы ловим монету и смотрим результат броска, происходит коллапс волновой функции, и суперпозиция разрушается. Мы видим либо "орёл", либо "решка".

Если 2 человека бросают монетку, то результат броска одного человека никак не влияет на результат другого. Если у одного выпала "решка", у другого может выпасть как "орёл", так и "решка". Невозможно сделать так, чтобы если у одного выпадала "решка", то у другого – обязательно "орёл".

С микрочастицами всё иначе. Представьте, 2 частицы. Обе находятся в состоянии суперпозиции и вращаются в обе стороны одновременно. Мы можем сделать так, что после разрушения обеих суперпозиций, если одна частица вращается вправо, другая будет вращаться влево. Это называют квантовой запутанностью.

Квантовая запутанность – явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа частиц оказываются зависимыми друг от друга.

Каждое квантовое состояние описывают волновой функцией. Для обычных частиц их суперпозиции можно описать так:

Для запутанных частиц, их волновые функции не отдельные, а общая:

.

Квантовый туннельный эффект

У любой частицы есть запас внутренней энергии. С точки зрения классической механики, частица может находится только в тех точках пространства, где ее потенциальная энергия меньше полной энергии. В других точках пространства ее пребывание невозможно. В квантовой физике ситуация другая.

Если попробовать перебросить мяч через метровую стену, то мы легко это сделаем. Если попробовать перебросить мяч через 100-метровую стену, у нас ничего не получится.

Возьмем вместо мяча электрон, а вместо стены некий потенциальный барьер. Запас энергии электрона может быть выше высоты потенциального барьера, тогда электрон легко его преодолевает. Запас энергии электрона может быть ниже высоты потенциального барьера, тогда электрон не может его преодолеть. Принцип такой же, как с мячом и стеной.

Но электрон – микрочастица и живет законам квантовой механики. Микрочастицы не имеют траектории движения и перемещаются в пространстве в виде волны. Мы можем говорить только о вероятности нахождения частицы в той или иной точке пространства.

С определенной долей вероятности электрон может повести себя как волна и просто пройти через непреодолимый барьер не потеряв энергию вообще. Возникает "тоннель", через который частица "пролетает". Это явление так и называется – туннельный эффект.

Туннельный эффект (туннелирование) – преодоление микрочастицей потенциального барьера, когда её полная энергия меньше высоты барьера.

Условная схема туннелирования

Туннельный эффект явление исключительно квантовое и не встречающееся в макромире. Это явление возможно объяснить только квантовой механикой, а классической механике оно и вовсе противоречит.

Явление туннельного эффекта используется в электронике. Существуют туннельные диоды, отличающие от обычных диодов по свойствам. В нанотехнологиях используются сканирующие туннельные микроскопы, изучающие поверхности, которые невозможно увидеть оптическим микроскопом.

Первые квантовые модели атома

Планетарная модель атома Резерфорда быстро набрала популярность из-за своей наглядности и простоты. Однако, при дальнейшем развитии физики эту теорию строения атома опровергли.

Планетарная модель атома дает наглядное представление о строении атома и позволяет объяснить некоторые его свойства, но пользоваться этой моделью можно лишь до определенных пределов.

Планетарная модель атома противоречит классической механике и классической электродинамике и не объясняет спектральные характеристика атомов. Разберем детальнее эти противоречия и их устранение.

Квантовые постулаты Бора

Из электромагнитной теории Максвелла следует, что электрон, вращаясь с ускорением вокруг ядра, должен непрерывно испускать электромагнитное излучение, но этого не происходит.

Излучая волны, электрон должен непрерывно терять энергию. Теряя энергию, электрон терял бы и скорость. Падение скорости привело бы к движению электрона по спирали из-за чего он неизбежно "упал" бы на ядро. "Падение" электрона на ядро означало бы "гибель" атома. По расчётам, это должно было бы произойти через наносекунду, но атом – стабильная система.

Поскольку электрон должен непрерывно излучать электромагнитные волны, спектры излучения атомов должны быть непрерывными. В действительности, они линейчатые.

Непрерывный и линейчатый спектры.

В процессе создания модели атома Резерфорд опирался на классическую физику, но оказалось, что его модель ей же и противоречит.

Траектория электрона в модели Резерфорда с учетом теории Максвелла

Объяснить эти противоречия смог датский физик-теоретик Нильс Бор в 1913 г. Он скорректировал планетарную модель атома Резерфорда сформулировав 2 постулата.

Постулат – это суждение, принимаемое без доказательств.

Постулаты Бора опираются на квантовую механику и идею Планка о квантах. Постулаты были сформулированы для простейшего атома – атома Водорода.

Первый постулат (постулат стационарных состояний)

Формулировка постулата:

"В атоме существуют стационарные орбиты, двигаясь по которым электрон не излучает энергию, при этом электроны в атоме движутся с ускорением. Каждому стационарному состоянию соответствует энергия ."

Этот постулат противоречит классической механике, согласно которой, энергия электрона может быть любой.

Величина определяет радиус атома. Чем больше энергия электрона, тем сильнее он сопротивляется притяжению ядра и тем на большем расстояние от него находится.

Радиусы орбит электронов в атоме не любые, а соотносятся между собой, как квадраты чисел натурального ряда:

Чем больше радиус орбиты, тем больше разница расстояний между соседними орбитами.

Орбиты атомов.

Нахождению электронов на стационарных орбитах с разными уровнями энергии соответствуют энергетические уровни атома. Чем на более высоком энергетическом уровне находятся электроны, тем меньше разница энергий между соседними состояниями.

Энергетические уровни атома

Используя этот постулат, Бор вычислил стационарные орбиты атома Водорода.

Второй постулат (правило частот)

Формулировка постулата:

"Электрон, двигаясь по стационарной орбите не изучает энергию. Излучение и поглощение энергии происходит при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую."

Нильс Бор воспользовался идеей М. Планка о квантовании энергии. Электрон обладает определенной энергией. Чтобы уменьшить эту энергию, он должен испустить минимум один квант энергии в виде фотона. Изменение энергии электрона в атоме происходит определенными порциями, а значит его энергия – дискретна.

Когда электроны в атоме поглотили фотон и перешли на более высокие энергетические уровни, говорят, что атом перешел в возбужденное состояние.

Излучение и поглощение фотонов с различными длинами волн физики изображают диаграммами энергетических уровней атома.

Диаграмма энергетических уровней атома