Ethan에게 물어보세요: 자기장은 에너지 수준을 어떻게 분할합니까?

물리학의 가장 놀라운 점 중 하나는 그것이 얼마나 보편적인지입니다. 동일한 종의 원자핵(양성자와 중성자의 수가 고정되어 있음)을 취한다면 해당 핵 주위를 도는 전자가 차지할 수 있는 에너지 준위는 고정되어 있을 것입니다. 전자가 다양한 에너지 준위 사이를 전환하면서 매우 특정한 파장과 에너지의 광자를 방출(낮은 에너지 준위로 떨어지면서)하고 흡수(더 높은 에너지 준위로 올라갈 때)합니다. 규칙에서 허용하는 파장과 에너지만 해당됩니다. 양자 역학의. 이러한 에너지 수준의 값은 보편적입니다. 즉, 우주 전체에 걸쳐 언제 어디서나 동일한 종의 모든 원자에 대해 동일합니다.

즉, 외부 전기장이나 자기장을 적용할 때까지입니다. 갑자기 이러한 에너지 수준이 분할되어 매우 다양한 값을 갖게 되며, 분할되는 양은 전적으로 적용된 장의 강도에 따라 달라집니다. 그런데 이것이 어떻게 가능합니까? 이것이 바로 Jon Coal이 알고 싶어하는 질문입니다.

"이봐요, Zeemen 효과에 대한 글을 쓴 적이 있나요? [… , Zeeman과 Stark, 그들은 원자 구조 [자체]를 수정하고 있습니까?"

Zeeman 효과는 외부 자기장을 가할 때 나타나는 현상이고 Stark 효과는 외부 전기장을 가할 때 나타나는 현상입니다. 둘 다 실제로 원자 에너지 수준을 분할하지만 예상한 방식은 아닙니다.

우선, 사실입니다. 빛은 전자기파 자체임에도 불구하고 자기장이나 전기장에 의해 구부러질 수 없습니다. 전기장과 자기장은 움직이는 입자를 휘게 만드는 것으로 유명하지만, 이는 입자 자체가 0이 아닌 전하로 구성된 경우에만 가능합니다.

그러나 광자는 충전되지 않았으며 충전된 구성 요소로 구성되지 않습니다. 외부 자기장과 전기장은 빛을 편광시켜 전파되는 동안 자기장의 방향을 바꿀 수 있지만 빛 자체를 구부릴 수는 없습니다.

그러나 Zeeman 효과와 Stark 효과는 모두 실제일 뿐만 아니라 둘 다 오래 전에 실험적으로 관찰되었습니다. 이론가들의 과제는 광자가 전기장이나 자기장에 의해 편향될 수 없다는 사실에서 알 수 있듯이 어떤 효과가 작용할 수 없는지 입증하는 것이 아니라 관찰된 효과의 중요한 원인을 밝히고 그 크기와 효과를 설명하는 것입니다. 나타나는 조건입니다.

여기서 혼란이 일어나는 이유는 원자가 빛을 방출하고 그 빛이 전기장이나 자기장이 있는 영역을 통해 전파되기 때문이 아닙니다. 이는 양극화를 얻는 한 가지 방법이지만 Zeeman 효과나 Stark 효과처럼 에너지 수준을 분할하는 방법은 아닙니다.

대신, 원자(또는 더 복잡한 화학을 선호하는 경우 분자) 내의 에너지 준위를 분할하는 방법은 한 에너지 준위에서 다음 에너지 준위로 중요한 전환이 일어나기 전에 전기장 또는 자기장을 원자(또는 분자) 자체에 적용하는 것입니다. 또 다른 일이 발생합니다. 이러한 광자는 이미 외부 장을 적용한 원자나 분자 내에서 생성되며, 바로 여기서 분열이 발생합니다. 외부 장 없이도 자연에서 발생하는 동일한 기본 효과를 포착할 수 있는 미묘한 방법이 있기 때문에 우리는 그것을 예상했어야 했습니다. 바로 원자의 미세한 구조를 통해서입니다.

우리 대부분은 원자의 에너지 준위를 생각할 때 그 자체로 혁명적인 보어 모델로 거슬러 올라갑니다. 1912년에 보어는 행성이 태양을 공전하는 것처럼 전자가 원자핵 주위를 공전하는 것이 아니라 보이지 않는 중심력을 통해 제자리에 유지된다고 가정했습니다. 대신, 보어의 생각은 전자가 궤도를 돌 수 있는 특정 상태, 즉 궤도만 존재한다고 밝혔는데, 이는 행성 운동의 경우 안정된 궤도로 이어지는 속도와 반경의 조합을 소유하는 것과는 대조적입니다.