为什么电子在高能级停留时间短

① 一个电子为什么只吸收一个光子

目前有关文献对电子吸收光子的问题做出了一些分析，认为主要原因是同时吸收两个光子的概率太低，一般无法观察到。普通光源光强较弱，从发光机制来讲自发辐射占主导地位。在光电效应过程中，有人实验发现，当入射光的频率大于金属材料的截止频率时，入射10^4数量级的光子才能射出一个电子。对于该问题，有人作了较为详细的计算，计算的结果是普通光源的产生光子的概率也是10^4数量级。而一个电子相继和同时吸收两个光子的概率，是10^8数量级的光子中才出现一次。即在普通光源（即弱光）条件下，电子也有可能吸收两个光子，只是这种概率极小，相应的光电流远远小于测量仪器的灵敏度而不能够通过仪器测量出来。在中学甚至大学物理中所叙述的光电效应规律都是物理学史实上的内容，是针对普通光源来讲的，这也与历史上发现光电效应时没有更强的光源，特别是激光源有很大的关系。

激光的问世，相关实验可观测到双光子、甚至四光子吸收现象，也会破坏极限频率的概念，这时候光电效应中的内容发生了很大的变化，所以我们要强调普通光源是当时观察光电效应的实验条件。

② 原子的受激辐射在微观机理上到底有什么差异

受激辐是指处于高能级的粒子在外来光的影响下，跃迁到低能级，辐射一个和外来光特性完全相同的光子，所以受激辐射光是相干的。

如果要说关系，后者是前者的前提之一，不知道为什么要说他们的差异。这么说有点像问舅舅和亲戚之间的差异是什么，让人觉得这问题别扭。激光需要不断泵浦形成粒子数反转，而光选择性吸收不一定需要这些，而吸收光谱是由能级结构或者说电子态结构决定的。至于显色，只是在可见光范围内人眼的一种感觉罢了，在物理上是个很特殊的现象，考虑到人眼差异，光的选择性吸收一定要和人眼以及人的视神经结合在一起才有讨论的意义。所以显色有相当一部分是生物学问题。

根据理论，所有温度高于绝对零度的物体都会产生辐射，辐射的强度、辐射电磁波的频率跟温度差有关。
眼睛能感受到的电磁波就是可见光，一般物体因电子由高轨道向低轨道跃迁辐射的电磁波不在可见光的范围内，因此我们看不到。但加入带上红外夜视仪等设备经过转化后，我们也能看见夜间物体辐射的电磁波。

一般来讲，要使原子通过能级跃迁发光需要提供比较高的能量（即所谓的“激发”），现在的日光灯管就是一个例子。
还有，板凳确实发出了“光”（我假定你没有把它置于极低温的环境），但是它处于红外波段难以用肉眼察觉。同时发光的原理也不一样。它是热辐射而非跃迁辐射。

③ 有的电子为什么会自发跃迁呢受激发跃迁的电子会在多久后放出能量回到基态呢

1.有的电子为什么会自发跃迁呢？
答：就像能量高的卫星才能在更高的轨道上绕行星运动，动能若减小，就会运动轨道变低，甚至掉到地面；电子吸收能量就跑到高能级的外层，失去能量（发光）就会进入低能态的内层。
细说：原子吸收能量（吸收光子能量或受热）后，原子核外的电子进入外层轨道运动，也就具有了更高的能量，此时说它是处在高能级激发态。激发态是不稳定的，在10-9秒的时间里，粒子会自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率 ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。发出的光就是普通的光。

2. 受激发跃迁的电子会在多久后放出能量回到基态呢？
答：大约10-3秒
细说：某些高能态的激发态可以停留超级长的时间，大约10-3秒，电子才会跃迁到低能态。久走夜路必遇鬼，等的时间长了，就等来一个特殊电子，它的能量正好等于高低两个能级的能量差，于是在这个特殊外来光子激发下，电子就从这个高能级跃迁到低能级，发出的能量是这两个能级的能量差，加上那个外来光子，就是两个一样的光子射出去，这样一变二，二变四...就会出现大量一样的光子，这就是激光了。

④ 光电效应中一个电子可以吸收多个光子的能量么

按照现有的经典理论来说，光电子是不可以吸收多个光子的。实际情况，暂无理论解释。

按照粒子说，光是由一份一份不连续的光子组成，当某一光子照射到对光灵敏的物质(如硒)上时，它的能量可以被该物质中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量后，动能立刻增加；如果动能增大到足以克服原子核对它的引力，就能在十亿分之一秒时间内飞逸出金属表面，成为光电子，形成光电流。

在光电效应中，要释放光电子显然需要有足够的能量。根据经典电磁理论，光是电磁波，电磁波的能量决定于它的强度，即只与电磁波的振幅有关，而与电磁波的频率无关。而实验规律中的第一、第二两点显然用经典理论无法解释。第三条也不能解释，因为根据经典理论，对很弱的光要想使电子获得足够的能量逸出，必须有一个能量积累的过程而不可能瞬时产生光电子。

(4)为什么电子在高能级停留时间短扩展阅读：

1、光电效应现象是赫兹在做证实麦克斯韦的电磁理论的火花放电实验时偶然发现的，而这一现象却成了突破麦克斯韦电磁理论的一个重要证据。

2、爱因斯坦在研究光电效应时给出的光量子解释不仅推广了普朗克的量子理论，证明波粒二象性不只是能量才具有，光辐射本身也是量子化的，同时为唯物辩证法的对立统一规律提供了自然科学证据，具有不可估量的哲学意义。这一理论还为波尔的原子理论和德布罗意物质波理论奠定了基础。密立根的定量实验研究不仅从实验角度为光量子理论进行了证明，同时也为波尔原子理论提供了证据。

3、1921年，爱因斯坦因建立光量子理论并成功解释了光电效应而获得诺贝尔物理学奖。

4、1922年，玻尔原子理论也因密立根证实了光量子理论而获得了实验支持，从而获得了诺贝尔物理学奖。

5、1923年，密立根“因测量基本电荷和研究光电效应”获诺贝尔物理学奖。

⑤ 基本粒子以及粒子跃迁

@@@@@@@@@，经典物理学------------------------------------------------

由伽利略(1564—1642)和牛顿(1643—1727)等人于17世纪创立的经典物理学，经过18世纪在各个基础部门的拓展，到19世纪得到了全面、系统和迅速的发展，达到了它辉煌的顶峰。到19世纪末，已建成了一个包括力（牛顿力学）、热（热力学，统计力学）、声、光、电（电磁学）诸学科在内的、宏伟完整的理论体系。20世纪以前。

特点：1，低速运动 2,宏观尺度

@@@@@@@@@，现代物理学 (20世纪初至当代)------------------------------

特点：1，高速运动  2，微观尺度

 固体物理学等等：固体中各种粒子运动形态和规律及它们相互关系的学科。属物理学的重要分支，其涉及到力学、热学、声学、电学、磁学和光学等各方面的内容。

 狭义相对论：光速永恒下推断出来的公式。（不包含万有引力，不存在加速度，速度不变或者静止）

 广义相对论：电梯模式，我们没法得知自己是静止还是加速运动。广义相对论的大概结论就是物质告诉时空怎么弯曲，时空告诉物质怎么运动。

量子力学：黑体辐射的危机所导致。研究微观世界粒子的运动。

 量子场论：狭义相对论和量子力学的联姻。并且诞生了粒子物理标准模型。

广义相对论和量子力学的矛盾：量子纠缠超光速问题。

@@@@@@@粒子物理标准模型--------------------------------------------------------

基本粒子

严格地说，基本粒子是不能再分解为任何组成部分的粒子。在这一定义下，只有夸克和轻子两种基本粒子。

已发现的夸克有六种，它们是：顶夸克、上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克。

已发现的轻子共有六种，包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。

另外还有一种粒子用来传递相互作用：

玻色子（英语：boson） 是依随玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数的粒子。

这是一类在粒子之间起媒介作用、传递相互作用的粒子。之所以它们称为“规范玻色子”，是因为它们与基本粒子的理论杨-米尔斯规范场理论有很密切的关系。

自然界一共存在四种相互作用力，因此也可以把规范玻色子分成四类。

1，引力相互作用：引力子（graviton）

2，电磁相互作用：光子（photon）

3，弱相互作用（使原子衰变的相互作用）：W 及 Z 玻色子，共有3种。

4，强相互作用（夸克或者强子之间的相互作用）：胶子（gluon）或者介子

其中着重介绍一下强相互作用和电磁相互作用。

@@@@@强相互作用（作用于带有色荷的夸克之间，通过胶子传递相互作用力）

夸克由于强相互作用具备了一个称为夸克禁闭的奇特属性，使得带有色荷的夸克总是会组成一个色荷为0的粒子，从而形成束缚系统，使得单独的夸克不存在。强子分2大类

1，重子：由三个夸克或三个反夸克组成。比如质子，中子。质子由两个上夸克和一个下夸克组成束缚系统。中子由两个下夸克和一个上夸克组成束缚系统。

2，介子：介子由一个夸克和一个反夸克组成。组成束缚系统。

强相互作用束缚系统霸气侧漏的杀气克服了质子和质子之间的电磁排斥力，将质子和质子以及中子紧密的结合成原子核。这种作用力由介子传递作用力。也叫强核力。需要注意的是 这个和强作用力（束缚系统）是有区别的。

@@@@@电磁相互作用（作用于带有电荷的粒子之间，由光子传递作用力）

电磁相互作用（electromagnetic interaction） 自然界的四种 基本相互作用 之一。它是带电粒子与 电磁场 的相互作用以及带电粒子之间通过电磁场传递的相互作用。当原子从外界获得能量的时候，它的电子可能会产生跃迁，从而形成电流。在了解电流之前我们先看一下原子结构。然后再看跃迁以及电流的根本原因。

原子：原子由原子核和绕核运动的电子组成。

原子是电中性的，原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，电子带负电，原子核带有的正电荷等于核外电子的总负电荷。

我们再看看能层 能级

能层：原子核外的电子围绕着原子核运动，离原子核越近的能量越低，离原子核越远的能量越高，这些电子由近到远构成了一层一层围绕原子核运动的结构组成了能层，能层由近到远分为K,L,M,N,O,P。

能级：每一能层根据电子能量的由低到高进一步可以细分为不同能级。可以由s，p，d，f，g代表不同能级。也就是说每一能层的电子也处在相同能层的不同能级，能量大小也不相等。每一层所能容纳最大电子数也是根据距离原子核从近到远递增的。

那么不同能层的能级是如何划分的呢？原理如下，离原子核越近的能层，所能容纳的能级越少。

能层越高的电子就一定能量越高么?答案不是的，能量高低可以用上图的斜角线来表示。但是总体来说能层越高的电子，所持有的能量越高。

原子的构造原理：遵循能量最低原理，能量是守恒的，“系统的能量越低、越稳定”，这是自然界的普遍规律。原子核外电子的排布也遵循 这一规律，多电子原子在基态时，核外电子总是尽可能地先占据能量最低的轨道，然后按 原子轨道近似能级图中的顺序依次向能量较高的能级上分布，称为能量最低原理。

基态:是指在正常状态下，原子处于最低 能级 ，这时电子在离核最近的轨道上运动的这种 定态 。基态的概念是基于能层原理、能级概念、能量最低原理而来的。

激发态：当原子从外界获得能量（如 灼热 、 放电 、 辐射能 等），它的电子可以 跃迁 到离核较远的电子层上，此时的电子所处的状态称为“ 激发态 ”。

注意:在电场的作用下，当原子处于激发态，原子内的电子并没有从高能级跃迁到低能级，反而在电场的作用下，最外层的激发态的电子有足够的能量逃离原子核，形成了自由电子的时候，称之为电离，此时形成了一个带正电的离子，离子的状态是稳定的因此不是激发态，相同原理也可以形负离子。这正是电子在半导体内的流通的原理。

电子跃迁:电子跃迁本质上是组成物质的粒子（ 原子 、离子或分子）中电子的一种能量变化。根据 能量守恒原理 ，粒子的外层电子从低 能级 转移到高能级的过程中会吸收能量；从高能级转移到低能级则会释放能量。能量为两个能级能量之差的绝对值。在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关，一般能量指的是光子。

自发辐射 ：处于激发态的原子中，电子在激发态能级上只能停留一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出一个光子，这种辐射叫做自发辐射。该过程也是我们日常生活中许多光源的辐射机理，像霓虹灯、荧光灯、LED等常见光源辐射本质上都属于自发辐射。

受激辐射：当原子处于激发态E2时，如果恰好有能量 （这里E2>E1）的光子射来，在入射光子的影响下，原子会发出一个同样的光子而跃迂到低能级E1上去，这种辐射叫做受激辐射。

区别：与自发辐射不同，辐射一定要在外来光作用下发生并发射一个与外来光子完全相同的光子。受激辐射光是相干光。受激辐射光加上原来的外来光，使光在传播方向上光强得到放大。自发辐射是不受外界辐射场影响的自发过程，各个原子在自发跃迁过程中是彼此无关的，不同原子产生的自发辐射光在频率、相位、偏振方向及传播方向都有一定的任意性。

二、能带是怎样形成的

以上我们仅仅讨论了在一个孤立原子中的电子状态。在通常情况下，物质都是由大量原子组成的。在半导体中，大量的原子按一定的规律和周期排列成晶体。由于原子与原子靠得非常近，所以价电子不仅受原来所属的原子核的影响还要受到相邻原子的原子核的影响。这样，价电子就不再属于个别原子所“私有”，即仅围绕某个原子核运动，而成了整个晶体所“共有”它能在整个晶体中运动。价电子的这种运动称为共有化运动。这里就提出了一个问题：当价电子在整个晶体中运动时，它所具有的能量是否和围绕一个原子核运动时所具有的能量一样呢？或者说，它们的能级有没有变化呢？实际上，它们的能级是有变化的。这些共有化”的价电子不像围绕一个原子核运动时那样只能有一个固定的能量，即有一个固定的能级，而是具有若干个分布在一定范围内的能级。这些能级相互之间靠得非常近，基本上连成一片。我们把这些连成一片的能级叫做能带。除了价电子会产生共有化运动外，内层电子也会产生共有化运动。

三、价带、满带、禁带和导带

外层电子所对应的能带比较宽越靠近原子核的内层电子所对应的能带越窄。这是因为外层电子的共有化运动比较强，电子在晶体中共有化运动的速度比较快；内层电子的共有化运动比较弱，运动速度也较慢。因此，能带的宽度主要由晶体的性质来决定，与晶体中原子的多少无关。在能带与能带之间的区域我们称它为禁带，那是因为在这个能量范围内不允许电子存在。在晶体中，电子只能存在于能带的能级上。

如果把一盆水倒在坑洼不平的地上，水总是先流向凹洼处同样，电子在填充能带时也是先占据能量最小的能级，也就是最下面的能级。因此，在正常情况下，内层电子所对应的能带都被电子填满了，而最外层价电子所对应的能带有的已被电子填满，有的则还没有被电子所填满。还有的能带根本没有电子，而是空的。这些不同情况的能带具有不同的特性。为了以示区别，我们分别给它们不同的名称：价电子能级所对应的能带称为价带；凡是被电子填满的能带称为满带；没有被电子填满的能带（包括没有电子占据的空带）称为导带。

半导体和绝缘体中的价带都是填满电子的满带。电子在满带中是不能导电的，只有在导带中的电子才能导电。下面来讲讲为什么电子在满带中不能导电，而在导带中能导电的问题。我们知道，电流是电子在电场的作用下沿着某一方向移动的结果。我们可以想象能带中有许多“位置”，每个“位置”只能容纳一个电子，由于在满带中所有的“位置都被电子占满了，电子不能在电场作用下从一个“位置”跑到另一个“位置”，就象在满座的剧场里你不可能去占坐别人的座位一样，所以满带中的电子是不自由的，即不能导电。但在导带中有许多空的“位置”电子在电场的作用下就能改变能量，从一个位置”跑到另一个“位置”。大量电子的这种运动，从宏观上来看，表现为电子作定向运动，因而就形成了电流。所以说只有导带中的电子才能导电

⑥ 激光产生的条件

激光在英文中是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，
意思是受激辐射的光放大。可见，受激幅射是产生激光的首要条件，也是必要条
件，但还不是充分条件。
如果让这些受激光子一个一个地发射出来，是不能形成强大的能量的。一般
的，电子被激发到高能级后，在高能级上停留的时间是短暂的。而有些物质的电
子处于第二能级E2的时间较长，仅次于基态能级E1. 这个能级就叫做亚稳能级。

要形成激光，工作物质必须具有亚稳态能级。这是产生激光的第二个条件。
外来的光子能激发出光子，产生受激辐射，但也可能被低能级所吸收。在激
光工作物质中，受激辐射和受激吸收这两个过程都同时存在。在常温下，吸收多
于发射。选择适当的物质，使其在亚能级上的电子比低能级上的电子还多，即形
成粒子数反转，使受激发射多于吸收。这是产生激光的第三个条件。
激光器中开始产生的光子是自发辐射产生的，其频率和方向杂乱无章。要使
频率单纯，方向集中，就必须有一个振荡腔。这是产生激光的第四个条件。通信
所用的半导体激光器就是利用半导体前后两个端面与空气之间的折射率不同，形
成反射镜而组成振荡腔的。
这些晶体和谐振腔都会使光子产生损耗。只有使光子在腔中振荡一次产生的
光子数比损耗掉的光子多得多时，才能有放大作用，这是产生激光的第五个条件。

⑦ 激光不属于自然存在的光，它是如何产生的用途是什么

近几年激光技术被广泛的运用，也许很多人并没有接触过激光，下面我们一起来看看激光的原理技术和用途有哪些。

激光的原理技术和用途有哪些

原子具有内能，内能的大小不能连续变化，是一步一步分开的。这种分开的能量叫能级。电子所处状态决定能级的高低。通常情况下，电子总是所处在内层轨道上，这种状态叫基态或稳态。在整个原子系统中总是绝大多数电子组处于基态。在没有外力作用下，内层的电子不会跑到外层上去。也就是说，低能级上的电子不会自动地跑到高能级上去。

6、照相排版。照相排版是通过排字机上的透镜，来改变字样的大小和形状的。用照相排版时，只需将光源通过透镜把需要的文字和符号，在感光相纸上成像，再经过显影和定影就形成了照相底片。然后，只要像印照片那样印刷就行。相比普通光源，激光排版省时省力。由于激光亮度高，颜色浅，可以大大改善图像的清晰度，印出来的书质量自然就高。

7、激光主要是用来治疗视网膜剥离。医生可以用激光器对准病人眼底，使激光器发射出一束激光，通过加热使视网膜重新与眼球内壁合在一起，激光束就像焊枪一样，将病人的视网膜焊接好了。

8、用医用激光器来治疗白内障。只要将激光束对准眼球内晶状体的前表面或后表面发射，就可以迅速切除掉晶状体表面的混沌膜。

9、在牙科中，激光可以代替牙钻。治疗时，只须将光纤发射端接近龋齿灶，发出激光束，龋处组织会分解，然后用清水冲洗掉。

10、在美容方面，激光美容也被广泛地用，例如：激光脱毛、激光去痣、激光嫩肤等。

11、激光纤维内窥镜。用光导纤维做成的内窥镜又软、又细、又能弯曲，当它插入病人胃里时，不会有痛苦。除了胃，光纤内窥镜还能进入其他重要的脏器内。激光纤维内窥镜一方面可用来检查病人的脏器是否有病变，更主要的是可以将激光能量输入体内脏器中，对病变组织进行照射，也即加以切除，起到手术刀的作用。而且，用激光刀切割，伤口能自动止血，不需要结扎出血点，大大缩短了手术时间，伤口也不会发炎。如果用激光刀切除恶性肿瘤，还可以防止癌细胞扩散。

12、激光测云仪。利用激光在大气层中的衰减来判断云层。具体的是当激光在大气层中传越时，由于发射的能量与接收的能量之间有能量差，利用能量的衰减度与云层的水分子的含量多少来判断云层结构和距离的仪器。

13、舞台效果。现在很多的舞台都会用到激光光束，绚烂的灯光，让人的感官兴奋起来。