Современная физика — Применение принципа неопределенности: Естественная ширина спектральных линий

Согласно теории водородного спектра Бора, атом водорода имеет дискретные резкие энергетические уровни, и из-за перехода между двумя энергетическими уровнями наблюдается линейный спектр. Однако на практике энергетические уровни представляют собой энергетические полосы, и спектральные линии имеют конечную ширину. Это означает, что спектр является не линейным, а полосным. Эти экспериментальные наблюдения можно объяснить, используя принцип неопределенности энергии-времени Гейзенберга. Фактически, возбужденные состояния атома водорода имеют время жизни, которое является мерой неопределенности измерения времени. Следовательно, согласно соотношению неопределенности энергии-времени, должна существовать неопределенность в измерении энергии возбужденного состояния. Удвоенная эта неопределенность в энергии составляет ширину возбужденного энергетического уровня. Поскольку энергетические уровни имеют конечную ширину, следовательно, длина волны испускаемых фотонов также имеет диапазон, что приводит к расширению спектральной линии.