En la derivación de Einstein de los coeficientes de Einstein, aplicó la condición de equilibrio sobre las dos poblaciones de átomos en procesos de absorción, emisión estimulada y espontánea.
Al hacerlo, hizo compatible la radiación de cuerpo negro con su descripción matemática de los tres procesos, estableciendo la tasa de cambio de uno de la población cero para codificar el estado de equilibrio en su física.
Mi pregunta es: ¿qué justifica que las dos poblaciones de átomos alcancen el equilibrio en primer lugar?
Si entendí correctamente su pregunta, desea preguntar si (para simplificar, supongamos un sistema de dos niveles) excita un átomo con una radiación (resonante), el átomo del estado fundamental absorberá la radiación y alcanzará el estado excitado y si de alguna manera la transición del estado excitado al estado fundamental está prohibida (apagar la emisión espontánea) toda la población debe pasar al estado excitado.
La respuesta a su pregunta es (basada en mi conocimiento de libros de texto) que Einstein postuló que si un átomo está en estado fundamental, entonces puede ser excitado por la interacción con un fotón. El mismo proceso puede invertirse, es decir, si el átomo está en estado excitado, puede interactuar con un fotón y desexcitarse con la misma probabilidad. El argumento parece plausible (de hecho, ingenioso) porque la frecuencia de transición del estado fundamental al estado excitado es la misma que la del estado excitado al estado fundamental (me parece trivial).
Por lo general, hay más átomos en el estado fundamental, por lo que las posibilidades de absorción estimulada son mucho mayores que las de emisión estimulada. En un sistema de dos niveles, no importa qué tan fuerte se excite el medio, la población del nivel excitado no puede exceder el nivel del suelo porque la misma luz excita y desexcita a través de la absorción/emisión estimulada con un canal adicional de emisión espontánea.
Si intenta cambiar el equilibrio en una dirección, el proceso inverso se fortalecerá y devolverá el equilibrio. Por ejemplo, si hace que la absorción sea mayor que la emisión, la población en el estado excitado aumenta, lo que aumenta la probabilidad de emisión estimulada y aumenta la tasa de desexcitación y el proceso volverá a alcanzar el equilibrio.
Al reflexionar sobre este argumento, descubrirá que no importa si excitamos poco o mucho, después de cierto tiempo se establece el equilibrio en la absorción y la emisión.
kfs
hsinghal