我們都知道，原子由原子核和電子組成，電子在原子核周圍按照一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，這些規(guī)律可以用量子力學(xué)來(lái)描述，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是電子只能存在于一些特定的能級(jí)上，每個(gè)能級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的軌道。電子在同一個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的能量是恒定的，不會(huì)發(fā)生變化。但是，電子也可以從一個(gè)軌道跳到另一個(gè)軌道，這就是我們常說(shuō)的電子躍遷。

電子躍遷可以分為輻射躍遷和無(wú)輻射躍遷。輻射躍遷是指電子在不同軌道之間發(fā)生躍遷時(shí)，伴隨著光或其他電磁波的吸收或發(fā)射。無(wú)輻射躍遷是指電子在不同軌道之間發(fā)生躍遷時(shí)，不伴隨著光或其他電磁波的吸收或發(fā)射，而是通過(guò)與其他粒子碰撞等方式交換能量。

那么，電子躍遷是怎么發(fā)生的呢？根據(jù)能量守恒原理，粒子的外層電子從低能級(jí)轉(zhuǎn)移到高能級(jí)的過(guò)程中會(huì)吸收能量；從高能級(jí)轉(zhuǎn)移到低能級(jí)則會(huì)釋放能量。那么問(wèn)題來(lái)了：既然電子得到了更多的能量，并且存在于更高的軌道上，為什么它不能一直保持在那里呢？為什么它還要再次釋放掉多余的能量，并且回到低能級(jí)軌道呢？

這里我們需要引入一個(gè)重要的概念，就是微擾。微擾是指外界對(duì)原子或分子施加的一種影響，比如光、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等。這些影響會(huì)改變?cè)瓉?lái)的能級(jí)結(jié)構(gòu)，使得原來(lái)不可能發(fā)生的躍遷變得可能，或者使得原來(lái)可能發(fā)生的躍遷變得更容易。

舉個(gè)例子，如果我們用一束光照射一個(gè)氫原子，那么這束光就相當(dāng)于一個(gè)微擾。它會(huì)使得氫原子中的電子受到一個(gè)周期性的電場(chǎng)力作用，從而改變它在不同軌道上運(yùn)動(dòng)的概率。如果這束光的頻率剛好等于兩個(gè)軌道之間能量差所對(duì)應(yīng)的頻率，那么就有很大可能性觸發(fā)電子吸收一個(gè)光子，從低能級(jí)跳到高能級(jí)，這就是受激吸收。反之，如果電子本來(lái)就在高能級(jí)上，并且遇到了一個(gè)與其能量差相同頻率的光波，那么它也有很大可能性釋放出一個(gè)光子，并且回到低能級(jí)上，這就是受激輻射。

但是，并不是所有情況下都需要外界微擾才能引起電子躍遷。有時(shí)候，即使沒(méi)有任何外界影響，電子也會(huì)自發(fā)地從高能級(jí)回到低能級(jí)，并且釋放出一個(gè)光子，這就是自發(fā)輻射。自發(fā)輻射是一種不可逆的過(guò)程，它使得原子系統(tǒng)向低能態(tài)方向演化。

那么，自發(fā)輻射的原理是什么呢？為什么電子會(huì)在沒(méi)有外界微擾的情況下突然放出一個(gè)光子呢？這里我們需要引入一個(gè)更深層次的概念，就是量子漲落。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，自發(fā)輻射是由于原子與真空?qǐng)龅牧孔訚q落相互作用而產(chǎn)生的。

真空?qǐng)霾⒉皇峭耆届o的，而是存在著無(wú)窮多個(gè)模式，每個(gè)模式都有一個(gè)最小能量，稱為零點(diǎn)能。這些模式會(huì)隨機(jī)地波動(dòng)，導(dǎo)致電磁場(chǎng)在空間和時(shí)間上有微小的變化。當(dāng)一個(gè)原子處于激發(fā)態(tài)時(shí)，它會(huì)感受到真空?qǐng)龅牟▌?dòng)，并以一定的概率躍遷到基態(tài)，同時(shí)放出一光子。這就是自發(fā)輻射的本質(zhì)。

審核編輯：劉清