Re: [問題] 光子的能量只能整個地被吸收？

[mgtsai ()]

依原 po 所提到的，是高中物理所講的
原子內的電子能階只能吸收或放出特定頻率的光子
而康普頓效應中電子可與任意頻率光子發生碰撞
如果只是高中生的話，就不要想太多，這兩個現像背下來就對了
因為要知其所以然，已經遠遠超出高中生的程度

比如要清楚理解 "什麼是光子"，那得要把場論搬出來才行
再不濟者，最少也要處理到電磁場的二次量子化 (已經是物理研究所的程度)

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在大學的量子力學中，比較普通的方式處理這個問題
就是利用微擾法 (外加電磁場微擾項)，計算它對電子能階的影響
可求得只有在頻率 ΔE = hν 附近的電磁場
才對 bounded electron (如氫原子中的電子) 有交互作用
至於 free electron 可對任何頻率的電磁場產生交互作用 (康普頓效應)

從這件事來觀察，就會發現前者固定頻率電磁場與 bounded electron 的交互作用
其中隱含著 "光子" 的觀念

算得更仔細一點，電子的能階也不是可以隨便亂跳的
比如電子能階 A 吸收電磁波後可以跳到 B，B 吸收電磁波後可以跳到 C
但不代表 A 可以直接吸收電磁波跳到 C
哪些能階之間可以互跳哪些不能互跳，這就是 selection rule
也可以藉由微擾法計算而得

至於完整吸收或放出一整顆 "光子" 的圖像
在半古典的量子力學下，是看不清楚的
整件事，要對電磁場進行二次量子化之後
(出現光子的 creation/annihilation operator)，圖像才看得清楚

要算清楚裡頭的東西，那得要把場論的那一套搬出來
光子與電子間的交互作用，就是計算它們的 cross section
(前文推文中有提到計算電磁場的高階微擾項，但計算高階微擾項的物理意涵
 遠不如搬場論的那一套來得直接，多顆光子間的交互作用也要在場論下才能算得精準)

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比如，像康普頓效應，就可使用以下的費曼圖表示：


     ＼         *
       ＼     *
         ＼ *          ( ── 為電子 )
          ｜
          ｜           ( * * * 為光子 )
         ／ *
       ／     *
     ／         *


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※ 編輯: mgtsai          來自: 114.32.58.129        (12/29 00:32)
推 linijay:其實我看不懂:)。不過背兩件不相干的事OK，背兩件相矛盾
→ linijay:的事很怪。(至少只看高中課本的話，它們是矛盾的)
→ linijay:總之謝謝您喔~
推 linijay:PS.我看不懂是我學藝不精~m大說的應該是很清楚
推 Qmmmmnn:推一個 雖然都看不懂@@a
→ tiger790815:中間是虛電子
→ tiger790815:把圖畫橫的會比較好