Co je pro jeden atom věcí náhody, je pro bilióny atomů železným zákonem. V průměru atomy energii jednak vyzařují a jednak pohlcují za přesně vymezenou dobu.

Obsah

Stimulovaná emise
A tu se dostáváme k Albertu Einsteinovi. V době vzniku kvantové teorie na počátku století byl v úzkých stycích s Maxem Planckem. Byl vlastně jedním z prvních, kdo pochopili její plný dosah a sám přispěl k jejímu dalšímu rozvoji. Einstein podal kvantové vysvětlení fotoelektrického jevu, tepelných vlastností krystalů a konečně publikoval práci zásadního významu, v níž odvodil novým způsobem Planckův zákon záření černého tělesa. V ní ukázal, že neexistují pouze dva procesy při vzájemném působení látky a záření, ale tři. Dopadá-li kvantum energie na atom, který se nachází na vyšší energetické hladině a odmítá ji prozatím opustit, může k tomu být přinucen. Původní dopadající kvantum se ale nepohltí. Výsledkem jsou tedy dvě kvanta světelné energie, světlo o dvojnásobné energii. Tento jev dostal název vynucená neboli indukovaná emise záření.

Shrňme si nyní všechny tři možné případy. Budeme si přitom představovat atom, který má pouze dvě energetické hladiny (dvouhladinový systém) a může přecházet z jedné hladiny na druhou za současného pohlcení nebo vyzáření kvanta elektromagnetického záření. V prvním případě máme atom na horní energetické hladině. V některém okamžiku, který nelze předem určit, opustí atom horní hladinu a přejde na hladinu spodní. Zároveň vyzáří kvantum energie, hovoříme o spontánní emisi. V dalších dvou případech dopadá na atom kvantum elektromagnetického záření. Zastihne-li ho na spodní energetické hladině, může být atomem pohlceno a atom přeskočí na horní hladinu, hovoříme o absorpci. Setká-li se záření s atomem na horní hladině, může ho donutit vyzářit další kvantum energie a přejít na spodní hladinu, hovoříme o indukované emisi.



Obr. 4 - Absorpce, samovolná a vynucená emise záření

Tím, že teoreticky předpověděl jev indukované emise, mohl Einstein hlouběji objasnit způsob záření černého tělesa. Stěny tělesa vyzařují díky spontánní emisi. Toto záření se pak od stěn dutiny odráží a může být podle okolností pohlceno, nebo může vyvolat indukovanou emisi. Pravděpodobnost obou výsledků je podle Einsteina stejná. Záleží tedy pouze na tom, zda se foton setká s atomem na spodní hladině, schopným pohltit energii, nebo s atomem vybuzeným (excitovaným) na horní hladině, který může energii vyzářit.

Činnost laseru je založena na principu indukované emise, který Einstein předpověděl již v roce 1916.