励起状態（Excited state） - ないえごろうブログ

　文字霊日記・３３３５日目

　励起状態？・・・零気・靈氣（レイキ）・礼記（ライキ）
　誘導放出（stimulated emission）
　ローソクの「灯火の光」は「光子」なのか？
　を「Birdさん」に訊いてみた
　↓↑
　ローソクの「灯火の光」は「光子」なのかな？

　「Birdさん」↓↑
　1
　はい、ローソクの「灯火の光」は「光子」です。

　光子は、エネルギーの量子であり、電磁波の基本的な単位です。光子は、電場と磁場が振動する波として伝播します。光子のエネルギーは、波長によって異なります。波長が短いほど、エネルギーが高い光子になります。
　ローソクの炎は、ロウが燃焼する際に放出される熱によって生じます。この熱によって、ロウから気体状の炭化水素が放出されます。この炭化水素は、酸素と反応して燃焼し、熱と光を放出します。このとき放出される光は、光子で構成されています。
　ローソクの光は、可視光線の一部です。可視光線とは、人間の目に見える光のことです。可視光線は、波長が約390ナノメートルから約700ナノメートルの範囲にあります。
　ローソクの光は、暖かく、柔らかい光です。この光は、リラックス効果があるとされています。また、ローソクの光は、キャンドルライトディナーや誕生日パーティーなどの特別な日に使われます。
　↓↑
　2
　はい、ローソクの「灯火の光」は「光子」です。
　光子は、電磁波の量子であり、光の基本的な単位です。光子は、エネルギーと運動量を持ち、光の伝播に必要なものです。
　ローソクの「灯火の光」は、ろうそくのロウが燃焼する際に発生する熱によって、空気中の酸素と反応して生成されます。生成された光子は、空気中を伝播し、私たちの目に届き、私たちはそれを「光」として見ることができます。
　↓↑
　3
　はい、ローソクの「灯火の光」は「光子」です。光子とは、光のエネルギーを運ぶ素粒子です。光子は、電磁波の一種であり、電場と磁場が振動しながら伝わります。光子のエネルギーは、振動の振幅によって決まり、振幅が大きいほど、光子のエネルギーは大きくなります。光子のエネルギーが人間の目に届くと、私たちはそれを「光」として認識します。
　ローソクは、ロウを燃焼させることによって光を放ちます。ロウを燃焼させると、ロウに含まれる炭素が酸素と反応して二酸化炭素と水に分解されます。この反応によって、熱と光が放出されます。熱によってロウが溶け、ろうそくの芯に沿って上昇します。ろうそくの芯に達したロウは、酸素と反応して燃焼し、光を放ちます。
　ローソクの光は、光子の集まりです。光子は、ロウの燃焼によって放出され、私たちの目に届きます。私たちは、光子を目にすることで、ローソクの光を認識することができます。
　↓↑
　ありがとう・・・

　またまた調べてみたけれど・・・「ピーマン」になりつつあるボクの脳ミソ
　励起状態・・・だけれど・・・あまり、役にはたたないみたい・・・
　量子学で
　　　　量子（quantum）＝物理現象の物理量の最小単位
　　　　巨視的物理の
　　　　古典力学では
　　　　物理量は実数で表される連続量だが
　　　　微視的物理の
　　　　量子力学では
　　　　量子を数え上げたものとして扱われる
　　　　↓↑
　　　　励起（Excitation）
　　　　励起状態（Excited state）
　　　　原子や分子が
　　　　外からエネルギーを与えられ
　　　　もとの低い安定した状態から
　　　　エネルギーの高い状態へと移ること
　　　　↓↑
　　　　原子、分子、原子核といった系の
　　　　ハミルトニアンの固有状態のうち
　　　　基底状態より
　　　　高いエネルギーの
　　　　固有状態（量子状態）
　　　　↓↑
　　　　基底状態＝真空状態
　　　　基底状態の
　　　　「原子＝陽子（＋）+ 電子（－）」は
　　　　電子（－）と
　　　　原子核（陽子+中性子）の距離が
　　　　最も小さくなって
　　　　「電子（－）」は
　　　　「原子核（陽子+中性子）」
　　　　の近くに動的に存在する
　　　　「中性子の電荷は無」
　　　　原子＝陽子+中性子+電子
　　　　比率＝　1：　　1：1/1840
　　　　「陽子+中性子＝粒子数」
　　　　「陽子と中性子の合計粒子数」
　　　　は原子の質量の代数値で
　　　　「質量数」という
　　　　原子番号＝陽子の数
　　　　　　　　　陽子1個＝電子1個
　　　　原子質量＝陽子数+中性子数
　　　　陽子が中間子を放出し
　　　　中性子がこれを受け取ると
　　　　陽子は中性子に
　　　　中性子は陽子に変化
　　　　この繰り返しで
　　　　中間子によって
　　　　陽子の正電荷が絶えず運び続けられる
　　　　　　　↓↑
　　　　　　　励起（Excitation）は
　　　　　　　光、熱、電場、磁場などの
　　　　　　　外場によって、あるいは
　　　　　　　電子、陽子、中性子、分子
　　　　　　　イオンの入射、衝突
　　　　　　　フォトン（Photon・光子＝光の量子）
　　　　　　　などによって引き起こされ
　　　　　　　基底状態は
　　　　　　　高いエネルギーを持った
　　　　　　　励起状態へ移る
　　　　　　　↓↑
　　　　　　　基底状態は
　　　　　　　最も低いエネルギー準位にある
　　　　　　　電子が
　　　　　　　「ゼロ」エネルギー準位にあり
　　　　　　　エネルギーが無（０）
　　　　　　　↓↑
　　　　　　　励起状態は
　　　　　　　高いエネルギー準位が
　　　　　　　不安定で
　　　　　　　原子は
　　　　　　　吸収した「エネルギー」を放出し
　　　　　　　基底状態に戻ろうとする
　　　　　　　この放出によって
　　　　　　　「輝線」をもつ
　　　　　　　「電磁波のスペクトル」
　　　　　　　が形成される
　　　　　　　↓↑
　　　　　　　励起状態の寿命は短く
　　　　　　　吸収したエネルギーを放出しながら
　　　　　　　基底状態に戻る
　　　　　　　↓↑
　　　　　　　基底状態（エネルギー０）の
　　　　　　　原子に
　　　　　　　一定のエネルギーが与えられると
　　　　　　　電子が低いエネルギー準位から
　　　　　　　　　　高いエネルギー準位に移動し
　　　　　　　原子は基底状態から
　　　　　　　　　　励起状態に移行する
　　　　　　　↓↑
　　　　　　　励起状態
　　　　　　　基底状態系内の
　　　　　　　電子が可能な限り
　　　　　　　低いエネルギー準位の
　　　　　　　状態よりも
　　　　　　　高いエネルギーを持つ系の
　　　　　　　あらゆる状態
　↓↑　　　　↓↑
　の電子（分子）が
　外部から加えた
　電磁波（光子）によって
　より低いエネルギー準位にうつり
　その分のエネルギーを
　「電磁波」
　として放出する現象
　↓↑
　放出される「光子」は
　外部から入射した「光子」と
　同じ「位相、周波数、偏光」を持ち
　同じ方向に進む
　↓↑
　誘導放出を利用することで
　光を位相や波長を揃えて（コヒーレントに）
　増幅することができ
　レーザーの発振などに応用されている
　↓↑
　誘導放出・自然放出・吸光
　↓↑
　誘導放出が起こるには
　外界の「電磁場」との相互作用が必要となる

　↓↑
　「吸光現象」
　誘導放出の逆過程で
　吸収された光子のエネルギーは
　電子を低いエネルギー準位から
　より高いエネルギー準位へ励起するのに使われる
　熱平衡状態にある媒質では
　低いエネルギー準位にいる電子が
　高いエネルギー準位にいる電子より数多く存在するために
　誘導放出より
　吸光のほうが起こりやすい
　誘導放出を吸光過程より優位に起こすためには
　高いエネルギー準位にいる電子を
　低いエネルギー準位にいる電子より
　　　　　　　多く分布させる（反転分布）必要があり
　そのときに限り誘導放出を利用して
　光を増幅させることが可能となる
　そのような媒質を
　「レーザー媒質」などと呼ぶ
　↓↑

　誘導放出現象
　アルベルト・アインシュタインによって
　量子力学の枠組みの中から
　理論的に発見され
　量子力学において
　誘導放出は光子のやりとり
　「量子化」された
　「電磁場」によって記述される
　↓↑
　半導体レーザー
　ナノメートル単位の大きさの
　量子井戸に
　エネルギー準位の揃ったキャリアを
　集中的に注入することで
　反転分布を形成し
　さらに効率よく発振させる
　光共振器で放出光を
　フィードバックすることなどが施されている
　↓↑
　誘導放出
　発光遷移の確率を高めることで
　発光ダイオードなどの発光効率向上
　誘導放出による高効率発光は
　「スーパールミネセンス」
　などと呼ばれる
　↓↑
　原子（分子）における誘導放出現象
　マイクロ波の増幅や、発振器に用いられる
　原子周波数標準に用いられる水素メーザー
　↓↑

　自然放出（spontaneous emission）
　光の放出（発光）の一種で
　誘導放出とは区別される
　↓↑

　光の放出
　光源となる
　物質 (原子、分子、原子核など)
　が励起状態から
　よりエネルギーの低い量子状態 (基底状態) へ移り
　その際に光子を放出する過程
　（光の吸収の時間反転の過程）
　自然放出と誘導放出との和である
　自然放出
　自発的に励起状態から
　別のエネルギー状態への遷移が起こること
　外部から入力される光の強さに依存しない
　↓↑
　量子化された電磁波
　 (調和振動子の集まり)
　の零点振動に誘起されるものが自然放出
　理論的に量子化された光を用いることで
　吸収および放出
　（自然放出＋誘導放出）
　を正しく記述できる
　↓↑
　多くの発光の現象は自然放出
　（レーザーなどの発光を除く）
　↓↑
　導入
　光源として原子を考える
　原子は、エネルギー準位が
　 E2
　の励起状態から、より低いエネルギー準位
　 E1
　の状態に自発的に遷移し
　そのとき
　二つの状態のエネルギーの差分に
　等しいエネルギーを持つ光子を放出
　光子のエネルギーは
　振動数 (周波数) ν
　プランク定数 h の積 hν
　 (あるいは角振動数 ω = 2πν
　　と
　　換算プランク定数 ℏ = h/2π を用いて、ℏω)
　で表される光子
　自然放出では、誘導放出と異なり
　放出される光子の位相や放出される方向はランダムである
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