Re: [問題] 光子的能量只能整個地被吸收?
依原 po 所提到的,是高中物理所講的
原子內的電子能階只能吸收或放出特定頻率的光子
而康普頓效應中電子可與任意頻率光子發生碰撞
如果只是高中生的話,就不要想太多,這兩個現像背下來就對了
因為要知其所以然,已經遠遠超出高中生的程度
比如要清楚理解 "什麼是光子",那得要把場論搬出來才行
再不濟者,最少也要處理到電磁場的二次量子化 (已經是物理研究所的程度)
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在大學的量子力學中,比較普通的方式處理這個問題
就是利用微擾法 (外加電磁場微擾項),計算它對電子能階的影響
可求得只有在頻率 ΔE = hν 附近的電磁場
才對 bounded electron (如氫原子中的電子) 有交互作用
至於 free electron 可對任何頻率的電磁場產生交互作用 (康普頓效應)
從這件事來觀察,就會發現前者固定頻率電磁場與 bounded electron 的交互作用
其中隱含著 "光子" 的觀念
算得更仔細一點,電子的能階也不是可以隨便亂跳的
比如電子能階 A 吸收電磁波後可以跳到 B,B 吸收電磁波後可以跳到 C
但不代表 A 可以直接吸收電磁波跳到 C
哪些能階之間可以互跳哪些不能互跳,這就是 selection rule
也可以藉由微擾法計算而得
至於完整吸收或放出一整顆 "光子" 的圖像
在半古典的量子力學下,是看不清楚的
整件事,要對電磁場進行二次量子化之後
(出現光子的 creation/annihilation operator),圖像才看得清楚
要算清楚裡頭的東西,那得要把場論的那一套搬出來
光子與電子間的交互作用,就是計算它們的 cross section
(前文推文中有提到計算電磁場的高階微擾項,但計算高階微擾項的物理意涵
遠不如搬場論的那一套來得直接,多顆光子間的交互作用也要在場論下才能算得精準)
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比如,像康普頓效應,就可使用以下的費曼圖表示:
\ *
\ *
\ * ( ── 為電子 )
|
| ( * * * 為光子 )
/ *
/ *
/ *
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