Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Uspekhi Fizicheskih Nauk

Scattering and emission of a quantum system in a strong electromagnetic wave

Ya. B. Zel’dovich

Published Jan 1, 1973• 105 citations
Publisher

Abstract

РАССЕЯНИЕ И ИЗЛУЧЕНИЕ КВАНТОВОЙ СИСТЕМОЙ В СИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЕ *) Я. Б. Зельдович СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 139 2. Эволюция системы 141 3. Излучение собственных состояний 3ϋ (г) 143 4. Двухуровневая система 145 5. Спонтанные переходы 147 6. Квазиэнергия и линейный штарк-эффект 147 7. Численные оценки 149 8. Заключительные замечания 149 'Список обозначений 150 Цитированная литература 151 1. ВВЕДЕНИЕВзаимодействие сильной монохроматической электромагнитной волны с квантовомеханической системой (атомом, молекулой) представляет особый интерес в связи с развитием мазеров и лазеров.Когерентное рассеяние монохроматической волны, зависимость сечения рассеяния и показателя преломления от амплитуды, когерентная тенерация гармоник, некогерентное излучение на собственных частотах атома, изменение этих частот под.влиянием волны -вот краткий неполный перечень возникающих вопросов.Эти эффекты рассмотрены в целом ряде работ, из которых назовем наиболее интересные 1 , в которых приведены также ссылки на предыдущие работы.При этом использовались различные методы: теория возмущений (с зависящим от времени потенциалом), матрица плотности (с учетом диссипации) и другие.В последнее время подробный и строгий обзор нестационарной теории возмущений дан Лангхоффом и др.2 .Вопросы излучения возмущенных состояний в обзоре 2 не рассматриваются.Однако наиболее последовательным, систематическим и в то же время простым методом является использование квазиэнергии и квазиэнергетических состояний (ниже кратко -КЭС).Поэтому в качестве методического усовершенствования, не претендуя на новые результаты, изложим метод квазиэнергии.В этом методе влияние классической электромагнитной волны на атом учитывается точно (по крайней мере в принципе), а спонтанное излучение -как малое диссипативное возмущение.Такой метод в точности эквивалентен стандартной теории свободного атома,

DOI
10.3367/ufnr.0110.197305g.0139

Related papers

Standard quantum limits of measurement error and methods of overcoming them

Yurii I. Vorontsov

Январь 1994 г. Том 164, №1 У С П Е Х И Ф И З И Ч Е С К И Х Н А У К Содержание 1. Введение (89).1.1.Стандартные квантовые пределы (СКП) погрешностей измерения.1.2.Общая схема косвенных измерений.1.3.Эволю ция состояния системы в процессе измерения.2. СКП погрешностей измерения координаты и методы их преодоления (91).2.1.Цель измерения и начальное состояние прибора.2.2.Не определенность координаты после измерения.2.3.Погрешности непрерывного измерения координаты.3. Квантовые невозмущающие (неразрушающие) измерения (КНИ) (93).3.1.Эволюция КНИ наблюдаемой в процессе измерения.3.2.Условия реализации КНИ измерения.3.3.Невозмущающее измерение энергии гармонического осциллятора.3.4.Невозму щающее измерение энергии электромагнитных волн.4. Квазиневозмущающие измерения (95).4.1.Принципы квазиневозмущающих измерений.4.2.Квазине возмущающее измерение энергии волн с помощью керровской нелинейности.4.3.Влияние самовоздействия пробной волны на погрешность измерения энергии сигнальной волны. 5. Результаты экспериментов по КНИ энергии оптических волн (98).5.1.Измерение энергии бегущих волн.5.2.Пути увеличения эффективной нелинейности.5.3.Измерение путем взаимодей ствия волн в резонаторе.5.4.Другие способы КНИ энергии волн.6. Квантовый предел обнаружения воздействия на систему (100).7. Соотношение погрешность измерения -возмущение (102).8. Заключение (102).Список литературы (103).1. Введение 1.1.Стандартные квантовые пределы (СКП) погреш ностей измерения Квантовые пределы погрешностей измерения физиче ских величин интересовали теоретиков еще в то время, когда экспериментаторов они не касались вовсе [1, 2].Решение этой проблемы имело не столько практическое, сколько философское значение.Если вдруг окажется, что какая либо физическая величина в принципе не может быть измерена точно, то какой физический смысл ее точных значений в теории?Если погрешность измерения энергии обратно пропорциональна длительности изме рения, как это следует из соотношения Гейзенберга-Бора, то закон сохранения энергии не может быть проверен точно за конечное время и, следовательно, возникает повод сомневаться в его фундаментальности.Появление лазеров и развитие оптических систем пере дачи информации стимулировали дальнейшее развитие квантовой теории измерений, теорий оценивания и про верки гипотез [3-6].Особый толчок развитию новых принципов и методов квантовых измерений дали поиски способов обнаружения гравитационных волн от внезем © Ю.И.Воронцов 1994 Так называемые стандартные квантовые пределы (СКП) погрешностей измерения координаты, импульса, амплитуды колебаний, энергии, силы и др.обусловлены обратным действием прибора на систему в случае, если прибор реагирует на мгновенное значение координаты.Эти СКП не являются фундаментальными и могут быть преодолены различными путями.Например, при измерении координаты СКП можно преодолеть с помощью подходящей корреляции между сопряженными наблюдаемыми прибора.Рассматриваются условия квантового невозмущающего (неразрушающего) измерения и квазиневозмущающего измерения энергии электромагнитных волн.Дан обзор возможных способов таких измерений.Анализируются условия преодоления СКП энергии волн с помощью оптического эффекта Керра.Приведен квантовый предел погрешности такого измерения.Рассматри вается влияние диссипации, дисперсии и генерации комбинационных волн.Анализируются результаты известных экспериментов.Рассматривается зависимость квантового предела ошибки обнаружения внешнего воздействия на систему от ее начального состояния

Uspekhi Fizicheskih Nauk•Jan 1, 1994•8 citations

The nature of spontaneous radiation

Виталий Л. Гинзбург

1983 г. Август Том 140, вып. 4 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСЕЙX НАУВ МЕТОДИЧЕСКИЕ ЗАМЕТКИ .535О ПРИРОДЕ СПОНТАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В. Л. Гинзбург1. Спонтанное излучение, наряду с поглощением и индуцированным (вынужденным) излучением, принадлежит к числу основных, наиболее элементарных процессов, и с ним приходится иметь дело, особенно в оптике, буквально на каждом шагу.Как найти вероятность или интенсивность •спонтанного излучения, скажем, в случае атома при переходе электрона из какого-либо верхнего состояния в более низкое, хорошо известно: для этого нужно лишь вычислить некоторый матричный элемент, зависящий от волновых функций верхнего и нижнего состояний.Какова, однако, природа спонтанного излучения?Чем оно вызвано, является ли оно квантовым или классическим эффектом?Если читатель знает правильный ответ, который в достаточной мере тривиален, то пусть все же не спешит обвинить автора настоящей заметки в том, что он ломится в широко открытую дверь.Для того чтобы убедиться в существовании ^весьма распространенных недоразумений в вопросе о природе спонтанного излучения, достаточно, вероятно, будет «спросить соседа».Прежде чем решиться написать эту заметку, я и сам произвел такой «опрос», причем -с тем же результатом, о котором недавно сообщалось в литературе 1 .Именно, значительная часть опрошенных считает, что спонтанное излучение представляет собой результат существования нулевых колебаний электромагнитного поля, т. е. является квантовым эффектом.Между тем подобное мнение представляется неверным, поскольку спонтанное излучение света заведомо имеет место в классической теории и, вообще говоря, не может считаться квантовым явлением в большей мере, чем поглощение или индуцированное испускание.Недоразумения, с которыми приходится сталкиваться в вопросе о природе спонтанного излучения, порождены ходом исторического развития квантовой теории в целом и квантовой теории излучения в частности.Несколько конкретнее можно также отметить роль того факта, что в классической и квантовой теории излучения часто применяются разные методы, иначе ставится задача.Поэтому классический характер того или иного результата, получаемого квантовым путем (скажем, методом теории возмущений), может оказаться завуалированным.Вот почему нижеследующие замечания, быть может, представят известный интерес в историческом и методическом отношениях.2. Квантовые представления, особенно понятие о фотонах, пробивали •себе путь с исключительным трудом а > 3 .Достаточно напомнить, что введенная Эйнштейном в 1905 г.4 гипотеза о квантах света, развитая им 5

Uspekhi Fizicheskih Nauk•Jan 1, 1983•17 citations

Principle of entropy increase and quantum theory of relaxation

V. M. Faǐn

УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК ПРИНЦИП ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИ И КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ РЕЛАКСАЦИИ В. Ж. Фаин СОДЕРЖАНИЕ § 1. Введение 641 § 2. Энтропия и информация.Общие теоремы 643 § 3. Квантовые уравнения баланса в Г-пространстве 648 § 4. Вывод классических уравнений баланса в Г-пространстве 653 § 5. Кинетические уравнения в μ-пространстве 654 § 6. Принцип возрастания энтропии 656 § 7. Квантовая теория процессов релаксации 662 § 8. Релаксация из-за взаимодействия с полем излучения 672 § 9. Релаксация поля в реальных резонаторах 678 § 10.Спин-решеточная релаксация.Уравнения Блоха 680 § 11.Релаксация в ферро-и антиферромагнетиках 682 Приложение 684 Цитированная литература 688 § 1. ВВЕДЕНИЕ Переход системы из неравновесного состояния в равновесное -релаксация -сопровождается изменением энтропии.Обычно происходит возрастание энтропии.Это обстоятельство естественным образом связывает два вопроса, указанные в заглавии настоящего обзора.Вопрос об обосновании принципа возрастания энтропии имеет довольно большую историю.Можно, например, сослаться на подробный обзор тер-Хаара 1 .Однако уже после опубликования этого обзора вышел в свет ряд оригинальных работ, посвященных теории релаксационных процессов.Ниже будет дан более или менее подробный анализ этих работ.Сейчас отметим лишь, что в этих работах производится вывод уравнений, описывающих необратимые релаксационные процессы, нз динамических уравнений.К этим работам относятся работы Ван-Хова а ~4, серия работ Пригожина с сотрудниками s • в (см.также сборник докладов 7 ).Сюда же следует отнести более раннюю, но не отраженную в г работу Боголюбова 8 и ряд других работ (см.ниже).Анализ предположений, лежащих в основе вывода уравнений, описывающих релаксацию, даст возможность установить границы применимости принципа возрастания энтропии.Это и является одной из целей настоящего обзора.Другая цель состоит в изложении ряда конкретных приложений квантовой теории процессов релаксации.В ряде мест обзора мы имеем дело с замкнутой системой.Мы предполагаем, что такая идеализация всегда возможна, т

Uspekhi Fizicheskih Nauk•Jan 1, 1963•17 citations

Resonance interaction of intense light with atoms

Nikolai B. Delone, В. П. Крайнов

1978 г.Апрель Том 124, вып. 4 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ HAVE 339.186.22РЕЗОНАНСНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИНТЕНСИВНОГО СВЕТА С АТОМАМИ Н. Б. Делоне, В. И. Крайнев СОДЕРЖАНИЕ 1. |Введение 619 2. Двухуровневая система 624 3. Спектры резонансной флуоресценции 629 4. Трехуровневая сдстема в резонансных полях 633 5. Многофотонное возбуждение 638 6. Резонансная ионизация атомов 643 7. Заключение 647 Цитированная литература 648 1. ВВЕДЕНИЕ В этом обзоре рассмотрена общая картина резонансных нелинейнооптических явлений, возникающих при взаимодействии света с атомами.Всюду рассмотрение будет проведено для простейшей моделивзолированный атом в монохроматическом классическом внешнем поле.Такая модель, с одной стороны, позволяет точно описать многочисленные элементарные процессы, а с другой стороны, является достаточно реалистичной.В настоящее время практически на любой частоте видимого диапазона можно получить излучение достаточно большой интенсивности с шириной спектра порядка естественной ширины атомных уровней или даже с меньшей шириной.Осуществление метода пересекающихся пучков,-светового и атомного,-позволяет не принимать во внимание аффект Допплера.Большая интенсивность лазерного излучения, а также высокая чувствительность детекторов фотонов и ионов позволяет использовать достаточно разреженные мишени и тем самым игнорировать вторичные процессы.Следует также иметь в виду, что именно такие идеальные условия оптимальны для широкого круга практически важных задач, связанных с селективным воздействием интенсивного лазерного излучения на атомарную среду.В первую очередь уточним содержание, которое мы вкладываем в понятие резонансного взаимодействия.Когда возникает речь о резонансе между частотой внешнего поля ω {или его высших гармоник) и частотой перехода ω ηη между определенными связанными состояниями электрона в атоме Е 1 % и Е%\ то всегда предполагается, что эти частоты близки.В простейшем случае однофотонного резонанса, о котором мы будем говорить вначале, условие близости имеет вид ω та ш тп = Е™ -Е 1 °\ где Е'£\ п -энергии связанных состояний в невозмущенном атомном спектре *).Из практики хорошо известно, что *) Всюду будут использованы единицы е = h = m e = 1.© Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», «Успехи физических наук», 1978.*) Уравнения (5) именуются часто «оптическими уравнениями Блоха».**) Dressed states (англ.).***) Dressed atom (англ.).

Uspekhi Fizicheskih Nauk•Jan 1, 1978•6 citations

Negative ion in a strong optical field

Павел Абрамович Головинский, Igor Yu. Kiyan

1. Введение.К настоящему времени, благодаря интенсивному раз витию лазеров, появилась возможность практического исследования в широком диапазоне частот излучения нелинейного взаимодействия атомных систем с электромагнитным излучением.Результатами такого взаимодействия может быть, в частности, нелинейное рассеяние света и многофотонная ионизация.Имеются обширные теоретические и экспериментальные исследова ния нелинейного взаимодействия атомов с сильным световым полем 3].Настоящий обзор посвящен нелинейным процессам в отрица тельных ионах, которые исследованы значительно менее подробно.Следует отметить, что энергия сродства атома к электрону всегда меньше его первого потенциала ионизации.Следовательно, для излуче ния лазера с определенной частотой процесс нелинейного фотораспада отрицательного иона всегда имеет меньший порядок нелинейности, чем процесс ионизации атома.В табл.I приведены степени нелинейности фотораспада различных отрицательных ионов для частот излучения различных лазеров.Указанные в табл.I энергии сродства взяты из ра боты [4].Остановимся сравнительно кратко на особенностях строения отри цательных ионов.Принципиальное отличие отрицательных ионов от атомов заключается в строении внешней оболочки, которая может содержать p или электрон.При переходе к внутренним оболочкам отличия отрицательного иона от атома стира ются.Поэтому всюду, где это не будет нарушать целостности изложе

Uspekhi Fizicheskih Nauk•Jan 1, 1990•8 citations

Nonlocality in quantum physics

Б.И. Спасский, A.V. Moskovskii

1984 г. Апрель Том 142, вып. 4 УСПЕХИ ФИЗМ ЧЕС КМХ НАУК 530.145О НЕЛОКАЛЬНОСТИ В КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ -Б.И. Спасский, А. В. Московский / В современной теории поля действует принцип локальности, предполагающий «такой механизм взаимодействия между полями, при котором влияние одного из полей, например и, на другое, например v, имеет локальную в пространстве-времени структуру, т. е. поведение поля v в точке х пространства-времени определяется значением поля и (и, возможно, его производных) в той же точке пространства-времени» 68 .В этом смысле под нелокальными теориями имеют в виду целый класс обобщений квантовой теории поля, основанных на предположении о неточечности взаимодействия 62 .Термин нелокальность используется в современной литературе еще и в несколько ином смысле.Дело в том, что существует целый ряд квантовых явлений, которые с точки зрения классической можно интерпретировать как проявление особого рода нелокальности, присущей квантовым объектам.Мы имеем в виду эффект Ааронова -Бома, парадокс Эйнштейна -Подольского -Розена, эффект Брауна -Твисса и другие подобного рода явления.Их обсуждению и посвящена данная статья.Одна из особенностей возникновения и развития квантовой теории состоит в том, что сначала был создан математический аппарат этой теории, а затем началось выяснение физического смысла этого аппарата.Прежде всего появились попытки построить интерпретацию, основанную на классических представлениях, однако очень быстро стало ясно, что эта задача неразрешима.Так, уже в 1910 г.Г. А. Лоренц, обсуждая гипотезу о корпускулярных свойствах света, пришел к заключению о невозможности дать непротиворечивое объяснение корпускулярно-волнового дуализма света.Он рассуждал примерно так г : Если предположить, что пучок световых лучей является потоком частиц, то как можно тогда объяснить интерференцию, дифракцию и тому подобное?Устойчивую интерференционную картину дают только когерентные лучи, поэтому, например, при прохождении пучком полупрозрачного зеркала нужно предположить, что либо один фотон делится на два, и интерферируют между собой эти две половины, или же интерферируют разные фотоны, являющиеся когерентными.Но первое предположение было трудно принять, так как известны были случаи интерференции при большой (порядка метра) разности хода.Отсюда следовало бы, что фотоны должны иметь размеры такого же порядка, что представлялось явно неразумным.Но и другое предположение, согласно которому фотоны в световом пучке образуют когерентный ансамбль, встречало затруднение, так как сразу же возникал вопрос: почему одни фотоны отражаются, а другие преломляются, или почему два фотона, попадая в то место экрана, где наблюдаются темные полосы, уничтожают друг друга.После открытия корпускулярно-волнового дуализма частиц (электронов) подобные вопросы стали еще более острыми.Некоторые физики *) Статья написана весной 1983 г. **) Разумеется, можно предположить, что они просто ошибочны.***) Если оно, разумеется, вообще имеет место.

Uspekhi Fizicheskih Nauk•Jan 1, 1984•10 citations
РАССЕЯНИЕ И ИЗЛУЧЕНИЕ КВАНТОВОЙ СИСТЕМОЙ В СИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЕ *) Я. Б. Зельдович СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 139 2. Эволюция системы 141 3. Излучение собственных состояний 3ϋ (г) 143 4. Двухуровневая система 145 5. Спонтанные переходы 147 6. Квазиэнергия и линейный штарк-эффект 147 7. Численные оценки 149 8. Заключительные замечания 149 'Список обозначений 150 Цитированная литература 151 1. ВВЕДЕНИЕВзаимодействие сильной монохроматической электромагнитной волны с квантовомеханической системой (атомом, молекулой) представляет особый интерес в связи с развитием мазеров и лазеров.Когерентное рассеяние монохроматической волны, зависимость сечения рассеяния и показателя преломления от амплитуды, когерентная тенерация гармоник, некогерентное излучение на собственных частотах атома, изменение этих частот под.влиянием волны -вот краткий неполный перечень возникающих вопросов.Эти эффекты рассмотрены в целом ряде работ, из которых назовем наиболее интересные 1 , в которых приведены также ссылки на предыдущие работы.При этом использовались различные методы: теория возмущений (с зависящим от времени потенциалом), матрица плотности (с учетом диссипации) и другие.В последнее время подробный и строгий обзор нестационарной теории возмущений дан Лангхоффом и др.2 .Вопросы излучения возмущенных состояний в обзоре 2 не рассматриваются.Однако наиболее последовательным, систематическим и в то же время простым методом является использование квазиэнергии и квазиэнергетических состояний (ниже кратко -КЭС).Поэтому в качестве методического усовершенствования, не претендуя на новые результаты, изложим метод квазиэнергии.В этом методе влияние классической электромагнитной волны на атом учитывается точно (по крайней мере в принципе), а спонтанное излучение -как малое диссипативное возмущение.Такой метод в точности эквивалентен стандартной теории свободного атома,
Январь 1994 г. Том 164, №1 У С П Е Х И Ф И З И Ч Е С К И Х Н А У К Содержание 1. Введение (89).1.1.Стандартные квантовые пределы (СКП) погрешностей измерения.1.2.Общая схема косвенных измерений.1.3.Эволю ция состояния системы в процессе измерения.2. СКП погрешностей измерения координаты и методы их преодоления (91).2.1.Цель измерения и начальное состояние прибора.2.2.Не определенность координаты после измерения.2.3.Погрешности непрерывного измерения координаты.3. Квантовые невозмущающие (неразрушающие) измерения (КНИ) (93).3.1.Эволюция КНИ наблюдаемой в процессе измерения.3.2.Условия реализации КНИ измерения.3.3.Невозмущающее измерение энергии гармонического осциллятора.3.4.Невозму щающее измерение энергии электромагнитных волн.4. Квазиневозмущающие измерения (95).4.1.Принципы квазиневозмущающих измерений.4.2.Квазине возмущающее измерение энергии волн с помощью керровской нелинейности.4.3.Влияние самовоздействия пробной волны на погрешность измерения энергии сигнальной волны. 5. Результаты экспериментов по КНИ энергии оптических волн (98).5.1.Измерение энергии бегущих волн.5.2.Пути увеличения эффективной нелинейности.5.3.Измерение путем взаимодей ствия волн в резонаторе.5.4.Другие способы КНИ энергии волн.6. Квантовый предел обнаружения воздействия на систему (100).7. Соотношение погрешность измерения -возмущение (102).8. Заключение (102).Список литературы (103).1. Введение 1.1.Стандартные квантовые пределы (СКП) погреш ностей измерения Квантовые пределы погрешностей измерения физиче ских величин интересовали теоретиков еще в то время, когда экспериментаторов они не касались вовсе [1, 2].Решение этой проблемы имело не столько практическое, сколько философское значение.Если вдруг окажется, что какая либо физическая величина в принципе не может быть измерена точно, то какой физический смысл ее точных значений в теории?Если погрешность измерения энергии обратно пропорциональна длительности изме рения, как это следует из соотношения Гейзенберга-Бора, то закон сохранения энергии не может быть проверен точно за конечное время и, следовательно, возникает повод сомневаться в его фундаментальности.Появление лазеров и развитие оптических систем пере дачи информации стимулировали дальнейшее развитие квантовой теории измерений, теорий оценивания и про верки гипотез [3-6].Особый толчок развитию новых принципов и методов квантовых измерений дали поиски способов обнаружения гравитационных волн от внезем © Ю.И.Воронцов 1994 Так называемые стандартные квантовые пределы (СКП) погрешностей измерения координаты, импульса, амплитуды колебаний, энергии, силы и др.обусловлены обратным действием прибора на систему в случае, если прибор реагирует на мгновенное значение координаты.Эти СКП не являются фундаментальными и могут быть преодолены различными путями.Например, при измерении координаты СКП можно преодолеть с помощью подходящей корреляции между сопряженными наблюдаемыми прибора.Рассматриваются условия квантового невозмущающего (неразрушающего) измерения и квазиневозмущающего измерения энергии электромагнитных волн.Дан обзор возможных способов таких измерений.Анализируются условия преодоления СКП энергии волн с помощью оптического эффекта Керра.Приведен квантовый предел погрешности такого измерения.Рассматри вается влияние диссипации, дисперсии и генерации комбинационных волн.Анализируются результаты известных экспериментов.Рассматривается зависимость квантового предела ошибки обнаружения внешнего воздействия на систему от ее начального состояния
1983 г. Август Том 140, вып. 4 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСЕЙX НАУВ МЕТОДИЧЕСКИЕ ЗАМЕТКИ .535О ПРИРОДЕ СПОНТАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В. Л. Гинзбург1. Спонтанное излучение, наряду с поглощением и индуцированным (вынужденным) излучением, принадлежит к числу основных, наиболее элементарных процессов, и с ним приходится иметь дело, особенно в оптике, буквально на каждом шагу.Как найти вероятность или интенсивность •спонтанного излучения, скажем, в случае атома при переходе электрона из какого-либо верхнего состояния в более низкое, хорошо известно: для этого нужно лишь вычислить некоторый матричный элемент, зависящий от волновых функций верхнего и нижнего состояний.Какова, однако, природа спонтанного излучения?Чем оно вызвано, является ли оно квантовым или классическим эффектом?Если читатель знает правильный ответ, который в достаточной мере тривиален, то пусть все же не спешит обвинить автора настоящей заметки в том, что он ломится в широко открытую дверь.Для того чтобы убедиться в существовании ^весьма распространенных недоразумений в вопросе о природе спонтанного излучения, достаточно, вероятно, будет «спросить соседа».Прежде чем решиться написать эту заметку, я и сам произвел такой «опрос», причем -с тем же результатом, о котором недавно сообщалось в литературе 1 .Именно, значительная часть опрошенных считает, что спонтанное излучение представляет собой результат существования нулевых колебаний электромагнитного поля, т. е. является квантовым эффектом.Между тем подобное мнение представляется неверным, поскольку спонтанное излучение света заведомо имеет место в классической теории и, вообще говоря, не может считаться квантовым явлением в большей мере, чем поглощение или индуцированное испускание.Недоразумения, с которыми приходится сталкиваться в вопросе о природе спонтанного излучения, порождены ходом исторического развития квантовой теории в целом и квантовой теории излучения в частности.Несколько конкретнее можно также отметить роль того факта, что в классической и квантовой теории излучения часто применяются разные методы, иначе ставится задача.Поэтому классический характер того или иного результата, получаемого квантовым путем (скажем, методом теории возмущений), может оказаться завуалированным.Вот почему нижеследующие замечания, быть может, представят известный интерес в историческом и методическом отношениях.2. Квантовые представления, особенно понятие о фотонах, пробивали •себе путь с исключительным трудом а > 3 .Достаточно напомнить, что введенная Эйнштейном в 1905 г.4 гипотеза о квантах света, развитая им 5
УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК ПРИНЦИП ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИ И КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ РЕЛАКСАЦИИ В. Ж. Фаин СОДЕРЖАНИЕ § 1. Введение 641 § 2. Энтропия и информация.Общие теоремы 643 § 3. Квантовые уравнения баланса в Г-пространстве 648 § 4. Вывод классических уравнений баланса в Г-пространстве 653 § 5. Кинетические уравнения в μ-пространстве 654 § 6. Принцип возрастания энтропии 656 § 7. Квантовая теория процессов релаксации 662 § 8. Релаксация из-за взаимодействия с полем излучения 672 § 9. Релаксация поля в реальных резонаторах 678 § 10.Спин-решеточная релаксация.Уравнения Блоха 680 § 11.Релаксация в ферро-и антиферромагнетиках 682 Приложение 684 Цитированная литература 688 § 1. ВВЕДЕНИЕ Переход системы из неравновесного состояния в равновесное -релаксация -сопровождается изменением энтропии.Обычно происходит возрастание энтропии.Это обстоятельство естественным образом связывает два вопроса, указанные в заглавии настоящего обзора.Вопрос об обосновании принципа возрастания энтропии имеет довольно большую историю.Можно, например, сослаться на подробный обзор тер-Хаара 1 .Однако уже после опубликования этого обзора вышел в свет ряд оригинальных работ, посвященных теории релаксационных процессов.Ниже будет дан более или менее подробный анализ этих работ.Сейчас отметим лишь, что в этих работах производится вывод уравнений, описывающих необратимые релаксационные процессы, нз динамических уравнений.К этим работам относятся работы Ван-Хова а ~4, серия работ Пригожина с сотрудниками s • в (см.также сборник докладов 7 ).Сюда же следует отнести более раннюю, но не отраженную в г работу Боголюбова 8 и ряд других работ (см.ниже).Анализ предположений, лежащих в основе вывода уравнений, описывающих релаксацию, даст возможность установить границы применимости принципа возрастания энтропии.Это и является одной из целей настоящего обзора.Другая цель состоит в изложении ряда конкретных приложений квантовой теории процессов релаксации.В ряде мест обзора мы имеем дело с замкнутой системой.Мы предполагаем, что такая идеализация всегда возможна, т
1978 г.Апрель Том 124, вып. 4 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ HAVE 339.186.22РЕЗОНАНСНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИНТЕНСИВНОГО СВЕТА С АТОМАМИ Н. Б. Делоне, В. И. Крайнев СОДЕРЖАНИЕ 1. |Введение 619 2. Двухуровневая система 624 3. Спектры резонансной флуоресценции 629 4. Трехуровневая сдстема в резонансных полях 633 5. Многофотонное возбуждение 638 6. Резонансная ионизация атомов 643 7. Заключение 647 Цитированная литература 648 1. ВВЕДЕНИЕ В этом обзоре рассмотрена общая картина резонансных нелинейнооптических явлений, возникающих при взаимодействии света с атомами.Всюду рассмотрение будет проведено для простейшей моделивзолированный атом в монохроматическом классическом внешнем поле.Такая модель, с одной стороны, позволяет точно описать многочисленные элементарные процессы, а с другой стороны, является достаточно реалистичной.В настоящее время практически на любой частоте видимого диапазона можно получить излучение достаточно большой интенсивности с шириной спектра порядка естественной ширины атомных уровней или даже с меньшей шириной.Осуществление метода пересекающихся пучков,-светового и атомного,-позволяет не принимать во внимание аффект Допплера.Большая интенсивность лазерного излучения, а также высокая чувствительность детекторов фотонов и ионов позволяет использовать достаточно разреженные мишени и тем самым игнорировать вторичные процессы.Следует также иметь в виду, что именно такие идеальные условия оптимальны для широкого круга практически важных задач, связанных с селективным воздействием интенсивного лазерного излучения на атомарную среду.В первую очередь уточним содержание, которое мы вкладываем в понятие резонансного взаимодействия.Когда возникает речь о резонансе между частотой внешнего поля ω {или его высших гармоник) и частотой перехода ω ηη между определенными связанными состояниями электрона в атоме Е 1 % и Е%\ то всегда предполагается, что эти частоты близки.В простейшем случае однофотонного резонанса, о котором мы будем говорить вначале, условие близости имеет вид ω та ш тп = Е™ -Е 1 °\ где Е'£\ п -энергии связанных состояний в невозмущенном атомном спектре *).Из практики хорошо известно, что *) Всюду будут использованы единицы е = h = m e = 1.© Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», «Успехи физических наук», 1978.*) Уравнения (5) именуются часто «оптическими уравнениями Блоха».**) Dressed states (англ.).***) Dressed atom (англ.).
1. Введение.К настоящему времени, благодаря интенсивному раз витию лазеров, появилась возможность практического исследования в широком диапазоне частот излучения нелинейного взаимодействия атомных систем с электромагнитным излучением.Результатами такого взаимодействия может быть, в частности, нелинейное рассеяние света и многофотонная ионизация.Имеются обширные теоретические и экспериментальные исследова ния нелинейного взаимодействия атомов с сильным световым полем 3].Настоящий обзор посвящен нелинейным процессам в отрица тельных ионах, которые исследованы значительно менее подробно.Следует отметить, что энергия сродства атома к электрону всегда меньше его первого потенциала ионизации.Следовательно, для излуче ния лазера с определенной частотой процесс нелинейного фотораспада отрицательного иона всегда имеет меньший порядок нелинейности, чем процесс ионизации атома.В табл.I приведены степени нелинейности фотораспада различных отрицательных ионов для частот излучения различных лазеров.Указанные в табл.I энергии сродства взяты из ра боты [4].Остановимся сравнительно кратко на особенностях строения отри цательных ионов.Принципиальное отличие отрицательных ионов от атомов заключается в строении внешней оболочки, которая может содержать p или электрон.При переходе к внутренним оболочкам отличия отрицательного иона от атома стира ются.Поэтому всюду, где это не будет нарушать целостности изложе
1984 г. Апрель Том 142, вып. 4 УСПЕХИ ФИЗМ ЧЕС КМХ НАУК 530.145О НЕЛОКАЛЬНОСТИ В КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ -Б.И. Спасский, А. В. Московский / В современной теории поля действует принцип локальности, предполагающий «такой механизм взаимодействия между полями, при котором влияние одного из полей, например и, на другое, например v, имеет локальную в пространстве-времени структуру, т. е. поведение поля v в точке х пространства-времени определяется значением поля и (и, возможно, его производных) в той же точке пространства-времени» 68 .В этом смысле под нелокальными теориями имеют в виду целый класс обобщений квантовой теории поля, основанных на предположении о неточечности взаимодействия 62 .Термин нелокальность используется в современной литературе еще и в несколько ином смысле.Дело в том, что существует целый ряд квантовых явлений, которые с точки зрения классической можно интерпретировать как проявление особого рода нелокальности, присущей квантовым объектам.Мы имеем в виду эффект Ааронова -Бома, парадокс Эйнштейна -Подольского -Розена, эффект Брауна -Твисса и другие подобного рода явления.Их обсуждению и посвящена данная статья.Одна из особенностей возникновения и развития квантовой теории состоит в том, что сначала был создан математический аппарат этой теории, а затем началось выяснение физического смысла этого аппарата.Прежде всего появились попытки построить интерпретацию, основанную на классических представлениях, однако очень быстро стало ясно, что эта задача неразрешима.Так, уже в 1910 г.Г. А. Лоренц, обсуждая гипотезу о корпускулярных свойствах света, пришел к заключению о невозможности дать непротиворечивое объяснение корпускулярно-волнового дуализма света.Он рассуждал примерно так г : Если предположить, что пучок световых лучей является потоком частиц, то как можно тогда объяснить интерференцию, дифракцию и тому подобное?Устойчивую интерференционную картину дают только когерентные лучи, поэтому, например, при прохождении пучком полупрозрачного зеркала нужно предположить, что либо один фотон делится на два, и интерферируют между собой эти две половины, или же интерферируют разные фотоны, являющиеся когерентными.Но первое предположение было трудно принять, так как известны были случаи интерференции при большой (порядка метра) разности хода.Отсюда следовало бы, что фотоны должны иметь размеры такого же порядка, что представлялось явно неразумным.Но и другое предположение, согласно которому фотоны в световом пучке образуют когерентный ансамбль, встречало затруднение, так как сразу же возникал вопрос: почему одни фотоны отражаются, а другие преломляются, или почему два фотона, попадая в то место экрана, где наблюдаются темные полосы, уничтожают друг друга.После открытия корпускулярно-волнового дуализма частиц (электронов) подобные вопросы стали еще более острыми.Некоторые физики *) Статья написана весной 1983 г. **) Разумеется, можно предположить, что они просто ошибочны.***) Если оно, разумеется, вообще имеет место.