We have a great wealth of evidence

We have a great wealth of evidence that atoms behave like sharply tuned oscillators in the processes of emitting and absorbing light. Whenever the emission of light occurs under such
conditions that the radiating atoms are effectively isolated from each other, as in a gas at low pressure, the spectrum consists of discrete, very narrow lines; i.e., the radiated energy is concentrated at particular wavelengths. An incandescent solid-e.g., the filament of a light bulb-emits a continuous spectrum, but the situation here is quite different, because each atom in a solid is strongly linked to its neighbors, causing a drastic change in the dynamical state of the electrons chiefly responsible for visible or near-visible radiation.

We have just spoken of atoms as oscillators that emit their characteristic frequencies. But how does this fit in with the photon description of radiation, and with the picture of the radiative process as one in which the atom undergoes a quantum jump? The answer is by no means obvious. Before the advent of quantum theory, one could visualize an electron describing a circular orbit within an atom, and emitting light of a frequency equal to its own orbital frequency. But now we can only say that the frequency of the light is defined (through E = hv) by the energy difference between two states of the atom; we can no longer identify that frequency with a vibration of the atom itself. Nevertheless the concept of the atom as an oscillator does in some respects survive. If the emitted light is analyzed with an interferometer, it is found to consist of wave trains of finite length. The length of the wave trains, divided by c, defines a
time T which corresponds to the mean life of the radiating atoms in their excited state, and the surplus energy of a collection of excited atoms decays exponentially as e-t/T ( = e--rt) as the energy is radiated away. Neither the photon picture nor the wave picture alone tells us the whole story, but the model of the atom as a damped oscillator provides an acceptable description of some important aspects of the radiative process.

As we have seen, the concomitant of a natural frequency of free oscillation is a resonance absorption at about that same frequency. In the case of visible light the frequencies are too high( ~ 1015 Hz) to be measurable, but we are able to describe both emission and absorption in terms of characteristic wavelengths.Probably the most famous example of resonance absorption for
light is provided by the Fraunhofer lines. These are the dark lines that are observed in a spectrum analysis of the sun; they are named after Joseph von Fraunhofer, who in a careful study
mapped 576 of them in 1814. Figure 4-15(a) shows a portion of the solar spectrum; the prominent Fraunhofer lines at 5890 and 5896 A are due to sodium. Figure 4-15(b) shows qualitatively
what a plot of intensity versus wavelength looks like; the intensity dips sharply at the wavelength of the Fraunhofer lines, but is not zero. (It was not Fraunhofer who first observed the absorption lines, 1 but it was he who first recognized that some of them coincided in wavelength with bright emission lines produced by laboratory sources. It remained, however, for Kirchhoff and Bunsen in 1861 to make a detailed comparison of the solar spectrum with the arc and spark spectra of pure elements.)

One can be sure that the Fraunhofer lines are the result of resonance absorption processes. The picture is that the continuous radiation from hot and relatively dense matter near the sun's
surface is selectively filtered, as it passes outward, by atoms in the more tenuous vapors of the solar atmosphere. It would be satisfying if one could trace out the detailed shape of an optical absorption line and relate its width to the characteristic time ( = l/Y) for the decay of the spontaneous emission. This, however, is extremely hard to do. The chief enemy is the Doppler effect. Both direct and indirect evidence show that a typical lifetime for an excited atom emitting visible light is about 10-s sec, so that 'Y is about 108 sec- 1. The angular frequency of the emitted light, as defined by 27rc/'A, is about 4 X 1015 sec-1• Thus we can calculate a line width 5'A as follows:

(Hence 5'A ~ 10-4}.. for 'A ~ 5000 A.) But, unless special precautions are taken, the emitting atoms have random thermal motions of several hundred meters per second, and we can estimate
a Doppler broadening of the spectral lines:

The Doppler effect is thus about 100 times greater than any effect due to the true lifetime of the radiating atom. Interatomic collisions also disturb the situation, so that the resonance shapes of spectral lines are more a matter of inference than of direct spectroscopic observation.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เรามีหลักฐานว่าอะตอมที่ทำงานเหมือนมากมายดีคมชัดปรับออสซิลเลเตอร์ในกระบวนการของการปล่อย และดูดซับแสง เมื่อใดก็ตามการปล่อยแสงที่เกิดขึ้นภายใต้ดังกล่าวเงื่อนไขอะตอมแผ่อย่างแยกจากกัน เช่นก๊าซที่ความดันต่ำ สเปกตรัมประกอบด้วยบรรทัดที่ไม่ต่อเนื่อง แคบมาก เช่น พลังงานแผ่จะเข้มข้นที่ความยาวคลื่นเฉพาะ มีไส้แข็งเช่น เส้นใยแสงหลอดไฟปล่อยสเปกตรัมแบบต่อเนื่อง แต่สถานการณ์จะแตกต่างกันมาก เนื่องจากแต่ละอะตอมในของแข็งขอเชื่อมโยงกับประเทศเพื่อนบ้าน ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงในรัฐ dynamical อิเล็กตรอนส่วนใหญ่รับผิดชอบมองเห็น หรือใกล้มองเห็นรังสีนอกจากนี้เราก็ได้พูดของอะตอมเป็นออสซิลเลเตอร์ที่ปล่อยความถี่ลักษณะของพวกเขา แต่วิธีนี้ไม่เหมาะกับคำอธิบายของโฟตอน ของรังสี และ มีภาพของกระบวนการหนึ่งซึ่งอะตอมผ่านการกระโดดควอนตัม radiative คำตอบคือไม่ชัดเจน ก่อนการถือกำเนิดของทฤษฎีควอนตัม หนึ่งสามารถเห็นภาพอิเล็กตรอนโคจรเป็นวงกลมภายในอะตอมอธิบาย และเปล่งแสงความถี่เท่ากับความถี่ของวงโคจรของตัวเอง แต่ตอนนี้ เราบอกได้เพียงว่า กำหนดความถี่ของแสง (ผ่าน E = hv) โดยความแตกต่างของพลังงานระหว่างสองสถานะของอะตอม นอกจากนี้เราไม่สามารถระบุความถี่ที่ มีการสั่นของอะตอมตัวเอง อย่างไรก็ตาม แนวคิดของอะตอมเป็น oscillator การบางประการอยู่รอด ถ้าแสง emitted การวิเคราะห์กับการอินเตอร์ มันถูกพบการรถไฟคลื่นความยาวที่จำกัด กำหนดความยาวของรถไฟคลื่น หาร ด้วย c การเวลา T ที่สอดคล้องกับอายุเฉลี่ยของอะตอมแผ่ในสภาวะตื่นเต้น และพลังงานส่วนเกินของคอลเลกชันของตื่นเต้นอะตอมสลายชี้แจงเป็น e-t/T (= e - rt) เป็นพลังงานที่แผ่ออกไป ใช่ภาพโฟตอนหรือคลื่นรูปภาพเพียงอย่างเดียวบอกเราเรื่องราว แต่แบบจำลองของอะตอมเป็นออสซิลเลเตอร์ในเครื่องกำเนิดคลื่นให้คำอธิบายที่ยอมรับได้ของบางอย่างที่สำคัญของกระบวนการ radiativeเราได้เห็น มั่นใจของความถี่ธรรมชาติการสั่นฟรีเป็นการดูดซับเสียงสะท้อนที่เกี่ยวกับที่ความถี่เดียวกัน ในกรณีของแสงที่มองเห็น ความถี่สูงเกินไป (~ 1015 Hz) จะวัดผลได้ แต่เราสามารถอธิบายการปล่อยและการดูดซึมในแง่ของลักษณะความยาวคลื่น คงตัวอย่างของการดูดซับเสียงสำหรับแสงได้ โดยเส้นฟรอนโฮเฟอร์ เหล่านี้เป็นเส้นมืดที่พบในการวิเคราะห์สเปคตรัมของดวงอาทิตย์ พวกเขาจะตั้งชื่อตามโยเซฟฟอนฟรอนโฮเฟอร์ ซึ่งในการศึกษาอย่างระมัดระวัง576 แมปของพวกเขาใน 4-15(a) รูปแสดงส่วนของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ เส้นฟรอนโฮเฟอร์โดดเด่นที่ 5890 5896 A เนื่องจากโซเดียมได้ 4-15(b) รูปแสดงคุณภาพพล็อตของความรุนแรงเมื่อเทียบกับความยาวคลื่นลักษณะ ความเข้มข้นลาดคมชัดที่ความยาวคลื่นของเส้นฟรอนโฮเฟอร์ แต่ไม่ใช่ศูนย์ (ไม่ใช่จำนวนที่บรรทัดการดูดซึม 1 พบครั้งแรก แต่มันเป็นผู้รู้จำว่า บางเหตุการณ์ในความยาวคลื่นสดใสปล่อยบรรทัดผลิต โดยห้องปฏิบัติการแหล่ง มันยังคงอยู่ แต่ Kirchhoff และบุนเซนใน 1861 เพื่อทำการเปรียบเทียบรายละเอียดของสเปกตรัมแสงอาทิตย์กับมุมโค้งและจุดประกายบริสุทธิ์องค์ประกอบ)หนึ่งสามารถมั่นใจได้ว่า เส้นฟรอนโฮเฟอร์เป็นผลลัพธ์ของกระบวนการดูดซับเสียงสะท้อน ว่า รังสีต่อเนื่อง จากร้อน และค่อนข้างหนาแน่นเรื่องใกล้จากดวงอาทิตย์เป็นรูปผิวเลือกกรองข้อมูล ส่งออก อะตอมในไอระเหยประกอบเพิ่มเติมของบรรยากาศแสงอาทิตย์ มันจะพอใจหากสามารถติดตามออกรูปร่างโดยละเอียดของบรรทัดการดูดซึมแสง และความกว้างที่เกี่ยวข้องกับเวลาลักษณะ (= l/Y) การสลายตัวของมลพิษที่เกิดขึ้นเอง อย่างไรก็ตาม นี้ เป็นยากมากที่จะทำ หัวหน้าศัตรูดอปเพลอร์ได้ ทั้งแสดงหลักฐานทางตรง และทางอ้อมที่เกี่ยวกับ 10 s วินาที อายุการใช้งานทั่วไปสำหรับอะตอมตื่นเต้นที่เปล่งแสงที่มองเห็น เพื่อให้ ' Y คือ ประมาณ 108 วินาที - 1 ความถี่เชิงมุมของแสง emitted ตาม 27rc /'A เป็นประมาณ 4 X 1015 วินาที-1• ดังนั้น เราสามารถคำนวณความกว้างบรรทัด 5' A เป็นดังนี้:(ดังนั้น 5' A ~ 10-4 } ... สำหรับ ' A ~ 5000 a.) แต่ เว้นแต่พิเศษระวัง อะตอมเปล่งมีสุ่มความร้อนเคลื่อนของหลายร้อยเมตรต่อวินาที และเราจะได้ประเมินแบบ Doppler ขยายของเส้นสเปกตรัม:ดอปเพลอร์จึงมากกว่าผลเนื่องจากอายุการใช้งานจริงของอะตอมแผ่ประมาณ 100 ครั้ง Interatomic ชนยังรบกวนสถานการณ์ เพื่อให้เรโซแนนซ์รูปร่างของเส้นสเปกตรัมมีมากกว่าเรื่องของสรุปกว่าของสังเกตสเปคตรัมโดยตรง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เรามีความมั่งคั่งของหลักฐานที่อะตอมทำตัวเหมือนอย่างรวดเร็วสัญญาณ oscillators ในกระบวนการปล่อยและการดูดซับแสง เมื่อใดก็ตามที่การปล่อยพลังงานของแสงเกิดขึ้นใต้เช่นเงื่อนไขที่เปล่งรัศมีอะตอมได้อย่างมีประสิทธิภาพแยกจากแต่ละอื่น ๆ เช่น ก๊าซที่ความดันต่ำ สเปกตรัมประกอบด้วยไม่ต่อเนื่อง , สายแคบมาก คือ การแผ่พลังงานมีความเข้มข้นที่เฉพาะความยาวคลื่นที่ . เป็นไส้ solid-e.g. , ใยของหลอดไฟปล่อยสเปกตรัมต่อเนื่อง แต่สถานการณ์ที่นี่ค่อนข้างแตกต่าง เนื่องจากแต่ละอะตอมในของแข็งขอเชื่อมโยงไปยังประเทศเพื่อนบ้าน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงในรัฐพลวัตของอิเล็กตรอนส่วนใหญ่รับผิดชอบที่มองเห็น หรือใกล้ รังสีที่มองเห็นได้เราเพิ่งพูดของอะตอม เช่น ความถี่ที่ปล่อยออกมาของลักษณะการแจกแจงความถี่ แต่วิธีนี้ไม่เหมาะกับรายละเอียดของรังสีโฟตอนและมีภาพของกระบวนการเปลี่ยนเป็นหนึ่งในอะตอมทนี้ควอนตัมกระโดด ? คําตอบคือไม่มีทางที่ชัดเจน ก่อนการมาถึงของทฤษฎีควอนตัม หนึ่งสามารถเห็นภาพอิเล็กตรอนอธิบายวงโคจรกลมภายในอะตอม และการเปล่งแสงของความถี่เท่ากับความถี่วงโคจรของมันเอง แต่ตอนนี้เราสามารถพูดได้ว่า ความถี่ของแสงที่กำหนดไว้ ( ผ่าน E = hv ) โดยพลังงานความแตกต่างระหว่างสองรัฐของอะตอม เราไม่สามารถระบุได้ว่า ความถี่กับการสั่นสะเทือนของอะตอมนั่นเอง อย่างไรก็ตามแนวคิดของอะตอมเป็น oscillator บ้างในบางประการ อยู่รอด ถ้าแสงที่ปล่อยออกมาใช้กับอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ พบมีความยาวของคลื่นรถไฟจำกัด ความยาวของคลื่นรถไฟ , แบ่งตาม C , กําหนดเวลา t ซึ่งสอดคล้องกับอายุเฉลี่ยของแผ่อะตอมในรัฐตื่นเต้นของพวกเขา และการนำพลังงานของคอลเลกชันของอะตอมตื่นเต้นสลายตัวชี้แจงเป็นศัพท์ / t ( = E -- RT ) เป็นพลังงานที่แผ่ออกไป ทั้งภาพหรือคลื่นโฟตอนรูปภาพอย่างเดียวบอกเราเรื่องราวทั้งหมด แต่รูปแบบของอะตอมเป็นหดหู่ oscillator มีรายละเอียดยอมรับของบางแง่มุมที่สำคัญของกระบวนการกระจาย .ที่เราได้เห็นการเกิดของความถี่ธรรมชาติของการสั่นของฟรีเป็นเสียงเดียวกันนั้นการดูดซึมที่ความถี่ ในกรณีของแสงความถี่สูงมาก ( ~ พี่มี Hz ) เป็นวัด แต่เราสามารถที่จะอธิบายทั้งมลพิษและการดูดซึมในแง่ของลักษณะที่สามารถ อาจ ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงมากที่สุดของการดูดซึมเสียงสำหรับแสงโดยโปรแกรมหน้า วิญญาณอาฆาต . เหล่านี้เป็นสายมืดที่พบในการวิเคราะห์สเปกตรัมของดวงอาทิตย์ ; พวกเขาจะตั้งชื่อตามโยเซฟฟอนฟรอนโฮเฟอร์ ซึ่งในการศึกษาอย่างรอบคอบแมป 576 ของพวกเขาใน 1814 . รูปที่ 4-19 ( ) แสดงให้เห็นว่าเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์ ; เส้นฟรอนโฮเฟอร์ และโดดเด่นที่ 5890 5896 เป็นเนื่องจากโซเดียม รูปที่ 4-19 ( b ) แสดงเชิงคุณภาพสิ่งที่จุดของความเข้มเมื่อเทียบกับความยาวคลื่นดูเหมือน ; ความเข้มลดลงอย่างรวดเร็วในความยาวคลื่นของเส้นฟรอนโฮเฟอร์ แต่ไม่ใช่ศูนย์ ( มันไม่ได้เป็นครั้งแรกที่สังเกตการดูดซึม Fraunhofer ที่เส้น 1 แต่เขาเป็นคนแรกที่ได้รับการยอมรับว่าบางส่วนของพวกเขาในความยาวคลื่นใกล้เคียงกับเส้นเปล่งแสงสดใสที่ผลิตโดยแหล่งข้อมูลทางห้องปฏิบัติการ มันยังคงอยู่ แต่สำหรับเคอร์ชอฟฟ์ตัวที่สูงและให้เปรียบเทียบรายละเอียดสเปกตรัมของแสงอาทิตย์กับอาร์ค และจุดประกายสเปกตรัมของธาตุบริสุทธิ์ )หนึ่งสามารถมั่นใจได้ว่าเส้นฟรอนโฮเฟอร์ เป็นผลของกระบวนการดูดซับเสียงสะท้อน ภาพรังสีที่ร้อนและค่อนข้างหนาแน่นต่อเนื่องจากเรื่องใกล้ดวงอาทิตย์ผิวเลือกกรองมันผ่านออกไปด้านนอก โดยอะตอมในไอผอมบางมากขึ้นของบรรยากาศ พลังงานแสงอาทิตย์ มันคงจะพอใจถ้าหนึ่งจะติดตามรูปร่างรายละเอียดของเส้นการดูดกลืนเชิงแสงและเกี่ยวข้องกับความกว้างถึงลักษณะเฉพาะ ( = L / Y ) สำหรับการสลายตัวของก๊าซธรรมชาติ . นี้ อย่างไรก็ตาม เป็นสิ่งยากที่จะทำ ศัตรูหัวหน้า Doppler ผล ทั้งทางตรง หลักฐานแสดงอายุการใช้งานทั่วไปอะตอมเปล่งแสงเป็นตื่นเต้นเกี่ยวกับ 10 - S และทางอ้อม ดังนั้น Y ประมาณ 108 วินาที - 1 ความถี่เชิงมุมของแสงที่ปล่อยออกมา , กําหนดโดย 27rc / a , 4 x ตกลง sec-1 - ดังนั้น เราสามารถคำนวณความกว้างของเส้น 5'a ดังนี้( เพราะ 5'a ~ 10-4 } . . . สำหรับ ' ~ 5 A ) แต่ถ้ามาตรการป้องกันพิเศษขึ้น โดยมีการเคลื่อนไหวของอะตอมแบบความร้อนหลายร้อยเมตร ต่อ วินาที และเราสามารถประมาณมีการขยายกว้างของเส้นเงา :ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ จึงประมาณ 100 เท่ามากกว่าผลใด ๆเนื่องจากการใช้งานจริงของการแผ่กระจายของอะตอม การชนกัน interatomic ยังรบกวนสถานการณ์เพื่อให้สะท้อนรูปร่างของเส้นเงามากกว่าเรื่องของการอนุมานทางกว่าการสังเกตโดยตรง