Un electrón excitado pierde energía en forma de radiación. La radiación constituye fotones que se mueven a una velocidad . Pero, ¿es instantáneo el proceso de conversión de la energía del electrón en la energía cinética del fotón? ¿Hay una manera simple de visualizar este proceso en lugar de las matemáticas?
Imagina tirar una piedra al agua y preguntarte ¿a qué velocidad aceleran las olas ?
La respuesta es que las ondas no aceleran. Cualquier cuerpo dado tiene un rango de posibles ondas que pueden propagarse a lo largo de su superficie, y la energía total de la superficie está relacionada con las amplitudes de todos esos posibles modos oscilatorios. Al menos en principio, siempre hay ondas presentes debido a excitaciones térmicas, aunque en la práctica la amplitud de las ondas será muy pequeña. Cuando arrojas la piedra, estás transfiriendo energía a algunos de los modos oscilatorios ya existentes. Entonces, no estás acelerando nada en el sentido en que aceleras un objeto, solo estás transfiriendo energía a ondas que ya se están moviendo.
Ahora considere su átomo generando luz. A medida que el electrón cae a un nivel de energía más bajo, transfiere energía al campo cuántico que constituye la luz, al igual que la piedra transfiere energía al agua. Esta energía entra en emocionantes modos que ya están viajando a , por lo que no es necesaria ninguna aceleración.
Supongo que gran parte de la confusión surge al considerar la luz como un fotón. La luz es un campo cuántico, y el fotón es una aproximación a su comportamiento que funciona bien en algunos casos pero no en otros. Como regla general, la aproximación de partículas es útil cuando se considera la transferencia de energía, pero la aproximación de ondas es mejor cuando se considera la propagación de energía. En este caso, el fotón es la transferencia de energía del electrón al campo de fotones, pero el movimiento subsiguiente de esa energía a través del espacio-tiempo se describe mejor como una onda. Entonces, el fotón nunca se acelera en el sentido habitual de la palabra.
Tienes que entender que esto es Mecánica Cuántica. Una vista clásica es, por definición, solo una aproximación.
La incertidumbre de Heisenberg significa que no se puede saber tanto la hora exacta como la energía de un evento dado. A escalas macroscópicas, esto no importa. Pero considere que el radio de un átomo es de unos pocos segundos luz. La energía involucrada es de aproximadamente 1eV. La constante de Planck es de 4 feV. Entonces, en la medida en que puedas decir algo significativo, es instantáneo.
Tenga en cuenta que esto es solo la energía del fotón. Su velocidad es siempre c , la velocidad del campo EM asociado. Pero ese campo no está precisamente localizado en el espacio (de nuevo, Heisenberg).
Editar: la respuesta de dj_mummy me recuerda otro punto. El evento de emisión de electrones es un evento cuántico. Eso significa que también obtienes la superposición de estados. Como el gato de Schrödinger, el átomo emitirá y no emitirá el fotón al mismo tiempo. Pero una vez que ves el fotón, la función de onda colapsa y el estado sin fotones tiene probabilidad cero. Además, todos los estados en los que se emitió el fotón en un momento diferente también tienen probabilidad cero; solo se puede emitir un fotón.
Lo importante a entender es que este colapso ocurre solo en la observación. Hasta que vea el fotón, hay múltiples estados con probabilidad distinta de cero, correspondientes a diferentes momentos en los que se emite el fotón. Por lo tanto, no se puede hablar simplemente del momento en que se emite.
La mejor manera de visualizar esto es pensar en un 'antes' y un 'después'. El 'antes' es el estado en el que se prepara el electrón (con un momento definido y una orientación de espín). Después de un tiempo (puede ser arbitrariamente pequeño PERO NO CERO) uno puede observar el sistema nuevamente, lo que se encuentra es el estado 'después'. Ahora bien, en ambos estados se conservan el momento total, la energía, la carga, etc.
¿Qué pasó entre estos 2 estados? Es irrelevante, ya que no hubo ningún observador en el medio.
Así que el fotón en realidad no sale del electrón. Simplemente se detecta con un electrón en el estado 'después'. No hay emisión continua observable del fotón.
Tomando un átomo como ejemplo, el estado inicial ya debe ser un estado del sistema combinado de campo atómico. No puede ser un estado propio, entonces el átomo no se descompondría. Esto con la excepción de que el estado inicial implica el estado fundamental atómico y el estado de vacío de campo.
Pero, ¿cómo se crea tal estado? Una posibilidad es una situación de dispersión con el átomo en su estado fundamental en el pasado distante y un paquete de ondas de campo moviéndose hacia él. Como c, la velocidad de la luz, es finita, inicialmente hay, como , sin interacción. Finalmente, como el tiempo , observamos un átomo en su estado fundamental y un segundo paquete de ondas de campo. Tenga en cuenta que el paquete de ondas de campo inicial debe estar localizado, un estado propio de momento se extendería a través de todo el espacio. Esto no significa que los estados propios del momento no jueguen ningún papel, emergen si se realiza una descomposición de Fourier (expansión de onda plana). Luego, el evento de dispersión se describe en términos del núcleo del operador de dispersión S( k,k '). La conservación de la energía (los estados atómicos inicial y final son ambos el estado fundamental) nos dice que k y k ' tienen la misma magnitud. En este caso toda la información está contenida en el operador S. El formalismo de dispersión no parece permitir plantear la pregunta original ni conduce a una respuesta sencilla.
La mecánica cuántica nos dice que los electrones solo pierden o ganan energía igual a la energía de un fotón entrante o saliente. Y por defecto, todos los fotones viajan a la velocidad c en el vacío. Según tengo entendido, no hay tiempo de "conversión" para la energía. Los fotones son energía y la energía viene en fotones. Lo que elegimos para llamarlos es más un reflejo del estado del sistema que la cantidad o la longitud de onda de los fotones que se emiten. ¡Espero que esto ayude!
MC Physics sugeriría que los fotones se forman a partir de la unión de 2 cargas mono cargadas electrostáticamente opuestas que son emitidas por partículas o átomos debido a una vibración excesiva. Esas mono-cargas unidas son (casi) instantáneamente aceleradas a c por las fuerzas electromagnéticas circundantes, luego cualquier exceso de fuerza se aplica para rotar la partícula real a la frecuencia. Esto se describe con más detalle en:
dmckee --- gatito ex-moderador
qmecanico