文章来源：万象经验

原文作者：Eugene Wang

我们都知道，原子由原子核和电子组成，电子在原子核周围按照一定的规律运动，这些规律可以用量子力学来描述，简单地说，就是电子只能存在于一些特定的能级上，每个能级对应一个特定的轨道。电子在同一个轨道上运动时，它的能量是恒定的，不会发生变化。但是，电子也可以从一个轨道跳到另一个轨道，这就是我们常说的电子跃迁。

电子跃迁可以分为辐射跃迁和无辐射跃迁。辐射跃迁是指电子在不同轨道之间发生跃迁时，伴随着光或其他电磁波的吸收或发射。无辐射跃迁是指电子在不同轨道之间发生跃迁时，不伴随着光或其他电磁波的吸收或发射，而是通过与其他粒子碰撞等方式交换能量。

那么，电子跃迁是怎么发生的呢？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。那么问题来了：既然电子得到了更多的能量，并且存在于更高的轨道上，为什么它不能一直保持在那里呢？为什么它还要再次释放掉多余的能量，并且回到低能级轨道呢？ 

这里我们需要引入一个重要的概念，就是微扰。微扰是指外界对原子或分子施加的一种影响，比如光、磁场、电场等。这些影响会改变原来的能级结构，使得原来不可能发生的跃迁变得可能，或者使得原来可能发生的跃迁变得更容易。

举个例子，如果我们用一束光照射一个氢原子，那么这束光就相当于一个微扰。它会使得氢原子中的电子受到一个周期性的电场力作用，从而改变它在不同轨道上运动的概率。如果这束光的频率刚好等于两个轨道之间能量差所对应的频率，那么就有很大可能性触发电子吸收一个光子，从低能级跳到高能级，这就是受激吸收。反之，如果电子本来就在高能级上，并且遇到了一个与其能量差相同频率的光波，那么它也有很大可能性释放出一个光子，并且回到低能级上，这就是受激辐射。 

但是，并不是所有情况下都需要外界微扰才能引起电子跃迁。有时候，即使没有任何外界影响，电子也会自发地从高能级回到低能级，并且释放出一个光子，这就是自发辐射。自发辐射是一种不可逆的过程，它使得原子系统向低能态方向演化。 

那么，自发辐射的原理是什么呢？为什么电子会在没有外界微扰的情况下突然放出一个光子呢？这里我们需要引入一个更深层次的概念，就是量子涨落。简单来说，自发辐射是由于原子与真空场的量子涨落相互作用而产生的。

真空场并不是完全平静的，而是存在着无穷多个模式，每个模式都有一个最小能量，称为零点能。这些模式会随机地波动，导致电磁场在空间和时间上有微小的变化。当一个原子处于激发态时，它会感受到真空场的波动，并以一定的概率跃迁到基态，同时放出一光子。这就是自发辐射的本质。

编辑：木心