¿Cómo saben los fotones que pueden o no excitar electrones en los átomos?

Si toma un átomo de hidrógeno aislado, entonces el electrón se encuentra en orbitales atómicos bien definidos que son funciones propias de la ecuación de Schrödinger. Este es un sistema estable que no cambia con el tiempo.

Si ahora introduce un campo electromagnético oscilante (es decir, luz), esto cambia el término potencial en la ecuación de Schrödinger y los orbitales atómicos del hidrógeno ya no son funciones propias de la ecuación de Schrödinger. Así que el electrón ya no puede ser descrito como un$1s$o$2s$o cualquier orbital, sino que el electrón y el fotón ahora tienen una única función de onda dependiente del tiempo que describe a ambos. Lo que suceda a continuación depende de cómo evolucione esta nueva función de onda con el tiempo. A medida que el fotón se aleja, esperamos que la nueva función de onda evolucione hacia uno de los tres posibles estados finales:

1. el orbital electronico no cambia

2. el electrón en un orbital atómico diferente (es decir, ha sido excitado) y ningún fotón

3. el electrón en un orbital atómico diferente (es decir, ha sido excitado) y un fotón con una energía diferente

No puede predecir qué sucederá, pero puede calcular la probabilidad de los tres estados finales. Lo que encuentra es que la probabilidad de (2) solo es alta cuando la energía del fotón es la misma que la separación de energía entre los orbitales atómicos, la probabilidad de (1) se aproxima a la unidad cuando la energía del fotón no coincide con una separación de energía en el átomo, y la probabilidad de (3) es generalmente despreciable.

Entonces, el fotón no necesita saber si tiene o no la energía correcta. El fotón y el átomo interactúan para formar un solo sistema, y ​​este evoluciona con el tiempo de acuerdo con la ecuación de Schrödinger.

Los medios transparentes son transparentes porque el fotón entrante no coincide con ninguno de los niveles de energía disponibles para transferir su energía al átomo , molécula o cristal.

Una analogía clásica es pensar en los niveles de energía como agujeros de tamiz de varios tamaños que solo permiten el paso de partículas de cierto tamaño. No es cuestión de conocer o ajustar, sino del tamaño inherente de los orificios del tamiz.

Los niveles de energía en los que se alojan los electrones cuando se unen a la materia son específicos y están definidos por los potenciales que entran en el problema. Si el fotón tiene la frecuencia correcta, interactuará con el átomo/molécula/red y la energía que transporta será absorbida por el átomo/molécula/red y el electrón será expulsado o simplemente irá a un nivel más alto de energía y retroceder entrega un nuevo fotón.

La energía no se entrega continuamente sino con los incrementos cuánticos correctos definidos por la materia que golpea.

Existen electrones libres y estos interactúan con los fotones . En este caso un fotón puede perder su energía de forma no cuantificada, aumentando la energía del electrón y convirtiéndose en un fotón de menor energía. Esa es otra historia.

La energía del electrón cambia con su interacción con los fotones, si alcanza más se excita, de lo contrario permanece en su posición aunque interactúe con el fotón, también regresa durante la desintegración para liberar el fotón. Por lo tanto, los fotones no saben el nivel de energía que producen, pero sucede por interacción.