得到能量的電子為何不能長留高能級軌道上呢？

我們都知道，原子由原子核和電子組成，電子在原子核周圍按照一定的規(guī)律運動，這些規(guī)律可以用量子力學(xué)來描述，簡單地說，就是電子只能存在于一些特定的能級上，每個能級對應(yīng)一個特定的軌道。電子在同一個軌道上運動時，它的能量是恒定的，不會發(fā)生變化。但是，電子也可以從一個軌道跳到另一個軌道，這就是我們常說的電子躍遷。

電子躍遷可以分為輻射躍遷和無輻射躍遷。輻射躍遷是指電子在不同軌道之間發(fā)生躍遷時，伴隨著光或其他電磁波的吸收或發(fā)射。無輻射躍遷是指電子在不同軌道之間發(fā)生躍遷時，不伴隨著光或其他電磁波的吸收或發(fā)射，而是通過與其他粒子碰撞等方式交換能量。

那么，電子躍遷是怎么發(fā)生的呢？根據(jù)能量守恒原理，粒子的外層電子從低能級轉(zhuǎn)移到高能級的過程中會吸收能量；從高能級轉(zhuǎn)移到低能級則會釋放能量。那么問題來了：既然電子得到了更多的能量，并且存在于更高的軌道上，為什么它不能一直保持在那里呢？為什么它還要再次釋放掉多余的能量，并且回到低能級軌道呢？

這里我們需要引入一個重要的概念，就是微擾。微擾是指外界對原子或分子施加的一種影響，比如光、磁場、電場等。這些影響會改變原來的能級結(jié)構(gòu)，使得原來不可能發(fā)生的躍遷變得可能，或者使得原來可能發(fā)生的躍遷變得更容易。

舉個例子，如果我們用一束光照射一個氫原子，那么這束光就相當于一個微擾。它會使得氫原子中的電子受到一個周期性的電場力作用，從而改變它在不同軌道上運動的概率。如果這束光的頻率剛好等于兩個軌道之間能量差所對應(yīng)的頻率，那么就有很大可能性觸發(fā)電子吸收一個光子，從低能級跳到高能級，這就是受激吸收。反之，如果電子本來就在高能級上，并且遇到了一個與其能量差相同頻率的光波，那么它也有很大可能性釋放出一個光子，并且回到低能級上，這就是受激輻射。

但是，并不是所有情況下都需要外界微擾才能引起電子躍遷。有時候，即使沒有任何外界影響，電子也會自發(fā)地從高能級回到低能級，并且釋放出一個光子，這就是自發(fā)輻射。自發(fā)輻射是一種不可逆的過程，它使得原子系統(tǒng)向低能態(tài)方向演化。

那么，自發(fā)輻射的原理是什么呢？為什么電子會在沒有外界微擾的情況下突然放出一個光子呢？這里我們需要引入一個更深層次的概念，就是量子漲落。簡單來說，自發(fā)輻射是由于原子與真空場的量子漲落相互作用而產(chǎn)生的。

真空場并不是完全平靜的，而是存在著無窮多個模式，每個模式都有一個最小能量，稱為零點能。這些模式會隨機地波動，導(dǎo)致電磁場在空間和時間上有微小的變化。當一個原子處于激發(fā)態(tài)時，它會感受到真空場的波動，并以一定的概率躍遷到基態(tài)，同時放出一光子。這就是自發(fā)輻射的本質(zhì)。

審核編輯：劉清