4. Квантовые системы.
Квантовыми системами называют системы, состоящие из микрочастиц (электронов, ядер, атомов, молекул, и т.д. ) и подчиняющиеся квантовым законам, характерным для микромира.
В квантовой теории отдельный электрон, атом или молекулу (и более сложных систем) можно рассматривать только как объект, существующий в некотором разрешенном ("дозволенном") квантовом состоянии. Важнейшим свойством квантовой системы, состоящей из связанных между собой микрочастиц, является то, что их внутренняя энергия (энергия, не определяемая движением системы как целого) при определенных условиях может принимать лишь разрешенные дискретные значения Ej. Каждому из этих разрешенных значений энергии соответствует одно или несколько устойчивых состояний движения частиц в системе: энергия квантована. Квантование энергии является следствием волновых свойств микрочастиц, образующих атом или молекулу.
Энергетические состояния, которыми может обладать квантовая система, для наглядности изображают графически в виде уровней энергии по аналогии с потенциальной энергией тела, поднятого на различные высоты (уровни). Самый нижний уровень, соответствующий наименьшей возможной энергии системы, называют основным и обычно обозначают E0. Все остальные уровни Ej (j=1,2,3,...) называют возбужденными, так как для перехода на них с основного уровня надо возбудить систему, т.е. сообщить ей дополнительную энергию.
Состояние квантовой системы считается полностью заданным, если заданы его волновая функция (по Шредингеру) или кет-вектор (по Дираку).
Изменение энергии системы сопровождается квантовым переходом - скачкообразным переходом квантовой системы с одного уровня энергии Ei на другой Ej. При Ei>Ej система отдает энергию, равную Ej-Ei, а при Ei<Ej - поглощает ее. Если такой квантовый переход происходит при взаимодействии с электромагнитным полем, т.е. сопровождается испусканием или поглощением фотона, то он называется оптическим переходом, а энергия испущенного (поглощенного) фотона определяется известным правилом частот Бора:
ħωij = |Ej - Ei|