|
путь пройдет фотон в веществе, тем больше образуется вторичных фотонов, тем соответственно большей оказывается мощность светового пучка. Кажется, это не слишком сложно? Беда в том, что акты вынужденного излучения — не единственное, что может натворить фотон, пролетая в веществе. Если на пути фотона встречается атом, находящийся в основном состоянии, он заимствует энергию фотона, проще говоря, поглощает фотон и переходит в возбужденное состояние. Фотон при этом исчезает. Подобное явление так и называется поглощением. Акты вынужденного излучения и поглощения совершаются одинаково охотно, т. е. с одинаковой вероятностью. Законы вынужденного излучения и поглощения фотонов сформулировал Альберт Эйнштейн. Что происходит в веществе на самом деле, зависит от того, каких атомов больше — возбужденных или находящихся в основном состоянии. Любой фотон, имеющий нужное значение энергии, с равной вероятностью либо послужит причиной вынужденного излучения (тогда фотонов станет два), либо окажется поглощенным (тогда не останется ни одного фотона). Если, возбужденные атомы преобладают, соответственно преобладают и акты вынужденного излучения. Вещество ведет себя как источник параллельного когерентного светового луча. А если больше атомов находится в основном состоянии? Акты поглощения преобладают над актами излучения. Вещество поглощает световые лучи, или, как мы говорим, оказывается непрозрачным. Население электронного дома Передавая энергию веществу, можно образовать в нем сколько угодно возбужденных атомов. Можно загонять атомы на сколь угодно высокие энергетические уровни. Но природа ленива — всякая физическая система стремится принять такое состояние, в котором ее собственная энергия минимальна. Это один из фундаментальных законов природы. Как бы вы ни нагревали вещество, количество атомов на более низком энергетическом уровне, не обязательно основном, всегда преобладает над количеством атомов, находящихся на более высоком энергетическом уровне. Число атомов, находящихся в данном состоянии (на данном энергетическом уровне), называют населенностью этого уровня. Представьте себе, что в электронном доме на каждом этаже сделаны полки, стелажи, как в библиотеке. Электроны располагаются по этим полкам. Если бы вам поручили расставить по полкам книги, причем сказали, что, мол, расставьте их в любом порядке, как вы поступили бы? Конечно, сначала набили нижние полки, а потом, когда внизу все заполнилось, взбираясь по стремянке, стали бы заполнять верхние полки. Точно так же поступает и природа. Чем ниже энергетический уровень, тем больше на нем электронов. Повышается температура — электроны перебираются на более высокие уровни (на более высокий этаж), но снова на нижних полках электронов больше, чем на верхних. В равновесном состоянии (это очень важное уточнение) на более низкой энергетической полке электронов всегда больше, чем на более высокой. Это важнейшее обстоятельство известно как распределение Больцмана. — 119 —
|