量子跃迁的自然百科

[拼音]：liangzi yueqian

[外文]：quantum transition

在外界作用下，任何一种量子力学体系状态发生跳跃式变化的过程。原子在光的照射下从高(低)能级跳到低（高）能级，就是一种典型的量子跃迁过程，通常称为能级跃迁。在原子状态发生跃迁的同时，将放出（吸收）一个光子，其能量hv等于跃迁前后两状态的能量差。这是能量守恒定律在基元过程中的具体表现。即使不受光的照射，处于激发状态的原子在电磁场真空（电磁场中一个光子也没有的状态）的作用下仍能跃迁到较低能级，同时放出一个光子，这称为自发跃迁或自发辐射。

量子跃迁的规律有着明显的几率性，这是量子力学规律的根本特征。以原子从激发态(能级E2，波函数ψ2)向基态 (E1，ψ1，E1<E2)的自发跃迁为例，设有大量（N个，N 1）原子均处于激发态 ψ2。无法预言某一个原子什么时刻发生ψ2→ψ1的跃迁，有的原子发生得早，有的原子发生得迟，即各个原子停留在激发ψ2态的时间(激发态寿命)不是整齐划一的。但对大量原子来说，激发态(ψ2)寿命的平均值 τ却是一定的，可以由实验加以测定，或由量子力学理论计算出来。平均寿命的倒数1/τ称为跃迁速率，它表征跃迁过程的快慢速度。原子自发跃迁的跃迁速率约为108～109秒-1，激发态平均寿命约为10-8～10-9秒，几千度高温下原子发光主要是外层电子(价电子)自发跃迁的结果，天然放射性中的γ射线则是原子核自发跃迁的产物。

量子力学计算表明，跃迁速率与外界作用势V以及跃迁前后状态（ψ1，ψ2）的性质有关，和所谓跃迁矩阵元<ψ1|V|ψ2>的绝对值次方成比例。当作用势给定后，一般仅当标志状态ψ1、ψ2的量子数之间满足一定关系时，跃迁矩阵元<ψ1|V|ψ2>才不等于0，跃迁得以发生。量子数之间的这种关系称为选择定则。不满足选择定则要求的两个状态之间不能发生跃迁（跃迁速率为0），或者说相应的跃迁是禁戒的。