В статье “Спонтанное излучение” мы видели, что это излучение происходит по внутренним причинам. Внешнее воздействие формирует состояние атома так, что атом в данном состоянии может находиться некоторое время после окончания на него внешнего воздействия.
Длительность времени такого квазистационарного состояния может быть различной. Все зависит от вещества и внешнего воздействия. Но после окончания этого времени атом обязательно излучит фотон без всяких воздействий и перейдет в другое более устойчивое состояние.
Вынужденное (индуцированное) излучение происходит под воздействием внешней силы и осуществляется во время этого воздействия.
Как же осуществляется вынужденное излучение? Спонтанное излучение происходит само в течение некоторого времени, но это течение времени можно прервать и спровоцировать излучение за период одного оборота электрона вокруг ядра. Из несколько модифицированного рисунка 3, вышеуказанной статьи, видно, что в возбужденном атоме спонтанное излучение произойдет тогда, когда времена движения до встречи электрона и обменного фотона будут отличаться на некоторую величину.
От положения 2 до положения 4 электрон движется некоторое время и, если предположить что обменный фотон будет приходить строго в точку а, то в секторе от положения электрона в 4а до положения 4б спонтанного излучения не будет. Но как только электрон опоздает долететь до положения 4а или перелетит положение 4б, в то время когда фотон окажется в точке а, то очевидно, что фотон не войдет в контакт с электроном и излучится из атома.
И так пока электрон движется, точнее сдвигается после каждого оборота электрона вокруг ядра относительно точки а, никакого излучения не происходит. Но стоит задержать электрон до положения 4а или ускорить его движение до положения 4б точка а выйдет за пределы эффективного сечения электрона, и атом излучит фотон. И не важно, в каком положении была точка а относительно электрона - излучение произойдет.
А как можно задержать или ускорить движение электрона? В данное время уже почти никто не сомневается в том, что фотон обладает импульсом. Естественно, что он может передавать свой импульс электрону. А это значит, что он может ускорять или замедлять движение электрона. Причем в режиме ретрансляции (согласно Гюйгенсу) при поглощении фотона электрон либо ускоряется (давление по Лебедеву), либо замедлятся (не резонансная гравитация), а затем если фотон оказался не резонансным для данного состояния электрона он будет излучен с такой же энергией. И в первом случае фотон получит отданный импульс и замедлится, а во втором случае ускорится. То есть скорость электрона локально измениться в одну сторону увеличения или уменьшения, а затем локально изменится в противоположную сторону.
Если такая ретрансляция произойдет на участке движения электрона от позиции 2 до позиции 4, то это никак не повлияет на состояние атома. Но вот когда на начало участка 2-3 или на конец участка 3-4 попадет режим замедления или ускорения электрона, то электрон может запоздать до появления обменного фотона в точке а или пройти эту точку. В результате этого фотон не про взаимодействует с электроном и излучится из атома. Произойдет вынужденное излучение. Атом в результате этого перейдет в другое состояние. Как видим, в результате этого процесса на входе атома мы имеем один фотон, а на выходе два фотона.
Следует заметить, что ускоряя или замедляя время движения электрона, мы можем не только спровоцировать индуцированное излучение, но и притормозить его, то есть продлить жизнь возбужденного состояния атома. Для этого нужно просто изменить ускоряющую или замедляющую силу на противоположную.
Можно ли какими-нибудь экспериментальными данными подтвердить представленную модель? Да. Например, лазер и мазер, о которых будет рассказано в другой статье. И еще более интересными являются опыты С.Ароша. Я прочел о них в статье “Управление фотонами в ящике и изучение границы между квантовым и классическим” опубликованной в журнале “УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК” том 184, №10, октябрь 2014г.
Цель опыта благородна и очень нужна – практически это подсчет количества фотонов без их разрушения и, соответственно, производство их количества и, возможно, качества. Сущность опыта заключается в следующем.
- Сначала подготавливаются ридберговские атомы. Это такие атомы, в которых электрон находится далеко от ядра, то есть на высоком квантовом уровне. В частности в этом случае на уровнях с квантовыми числами 51 и 50. В чем прелесть таких атомов? Во-первых, эти атомы могут находиться в возбужденном состоянии относительно большое время (до 30 миллисекунд), достаточное для проведения экcперимента. Во-вторых, их легко ионизировать. Конечно, есть множество других атомов со значительно большим временем возбуждения, но их сложно детектировать.
- Затем пучок таких атомов пропускается через фотонный ящик. Что это за ящик? Принципиальная схема очень простая. Это два зеркала определенной формы, расположенные друг против друга. Фотон, попадая на одно из зеркал, отражается от него и движется к противоположному зеркалу. Отражается от него и движется к первому и т.д. Так фотон летает от одного зеркала к другому некоторое время. В данном эксперименте добились время хранения фотона до 130 миллисекунд.
- После прохода подготовленных ридберговских атомов через фотонный ящик подсчитывается количество возбужденных и не возбужденных атомов.
Предполагается, что в фотонном ящике происходят такие процессы. Если через ящик пропустить возбужденный атом, и он вышел из ящика не возбужденным, то можно считать, что из возбужденного состояния в не возбужденное состояние его перевел фотон. Если же такое самое произойдет и со следующим атомом, то ясно, что второй атом переведен из возбужденного состояния в не возбужденное либо вторым фотоном, что не интересно, либо тем же самым фотоном, что нам и нужно. Ясно, что первый фотон после взаимодействия с атомом не потерял своего качества, что Арош и хочет доказать.
Пропустив два атома через ящик и получив изменения в каждом атоме, можно утверждать, что ящик хранит как минимум два фотона. Примерно такая идеология подсчета количества фотонов. Я здесь не буду останавливаться на анализе тонкостей этого эксперимента, это, возможно, будет в другой статье.
В объективной реальности полученных результатов опыта сомневаться не приходится. Но теоретическая трактовка получения этих результатов вызывает некие сомнения. Опыт опирается на теоретическое предположение о нахождении ридбергсковых атомов в состоянии суперпозиции. Толком никто не знает что это такое, просто считают, что атом находится одновременно в двух состояниях, что умом понять не возможно. Конечно, не возможно, ибо это получается виртуальное, точнее фантазийное, явление. И появилось оно из-за незнания устройства атома. Бор точно представил планетарную модель атома, точно предположил наличие устойчивых орбит электронов в атоме, на которых электрон не излучает. Точно было предположено, что вращающийся вокруг ядра будет излучать фотоны и быстро упадет на ядро. Не точность этой модели закралась в том, что ни Бор никто другой не учли магнитного поля ядра. Строить модель атома без учета этих сил дело без перспективное. Как показывают современные данные напряженность магнитного поля вблизи ядра очень большая. Ведал ли об этом Бор, я не знаю. С учетом этих сил электрон не может упасть на ядро, хотя и будет непрерывно излучать.
Если с высказанной моделью атома согласится, то становится понятным, как фотон в фотонном ящике переводит возбужденное состояние атома в стационарное состояние без саморазрушения или исчезновения. И напротив, наличие таких результатов опыта подтверждает большую вероятность объективной реальности предложенной модели атома и процесса индуцированного излучения.
