原子能量不连续（量子化），电子只能在固定能级 “跳跃”，跃迁时吸收 / 释放光子。
VR 实现
- 结合上面的氢原子场景，电子停在低能级；
- 点击 “注入能量”，电子瞬间跳到高能级（无中间过程，重点突出 “跃迁”）；
- 电子回落时，发射一道彩色光子飞向视野，同步显示光子能量、波长。
一、核心结论前置（适配 VR 氢原子交互）
基态氢原子 \(n=1\)，只有光子能量严格等于能级差才被吸收、触发跃迁；能量不匹配则光子直接穿过原子不被吸收。
氢能级公式：
\(E_n = -\frac{13.6}{n^2}\ \mathrm{eV}\)
光子能量：\(E_\gamma=h\nu,\quad h=6.626\times10^{-34}\ \mathrm{J\cdot s}\)
1、举例：基态 \(n=1 \to n=2\)（最常用演示跃迁）
\(\Delta E = E_2-E_1 = -3.4 - (-13.6) = \boldsymbol{10.2\ \mathrm{eV}}\)
单位换算：\(1\ \mathrm{eV}=1.602\times10^{-19}\ \mathrm{J}\)
\(\nu=\frac{\Delta E}{h}\approx \boldsymbol{2.47\times 10^{15}\ \mathrm{Hz}}\)
该频率属于真空紫外光，只有这个频率光子才能让 \(1\to2\)；
换 \(n=1\to n=3\)：
\(\Delta E\approx12.09\ \mathrm{eV},\ \nu\approx2.92\times10^{15}\ \mathrm{Hz}\)，必须对应专属频率。
关键规则
- 光子能量＜能级差：直接穿透，不吸收、不跃迁；
- 光子能量＞能级差：多余能量变为电子动能（光电电离，飞出原子）；
- 光子能量＝能级差：完美共振吸收，电子跳至对应高能级。
二、跃迁到什么轨道？
入射光子能量 \(\Delta E\) 唯一决定末态量子数 n：
\(\Delta E = 13.6\left( \frac11-\frac1{n^2} \right)\ \mathrm{eV}\)
- \(10.2\ \mathrm{eV}\Rightarrow n=2\)（2s/2p 轨道）
- \(12.09\ \mathrm{eV}\Rightarrow n=3\)（3s/3p/3d）
量子选择定则：s↔p、p↔d，同角量子数轨道之间不能靠吸收光子跃迁（\(\Delta l=\pm1\)）。
例：1s (l=0) 只能跳到 2p (l=1)，不能直接跳到 2s (l=0)。
三、激发态寿命：多久落回基态？
氢原子低激发态（n=2，2p 轨道）自然寿命：\(\boldsymbol{\tau\approx1.6\times10^{-9}\ \mathrm{s}}\)（纳秒级别）
VR 动画可以放慢几万倍演示，肉眼看清过程；
- n 越大（高里德堡能级），寿命越长，可达微秒～毫秒；
- 亚稳态（如 2s 轨道）：量子禁戒跃迁，寿命长达 1 秒量级，很难自发落回基态。
四、回落是否释放光子？
✅ 自发辐射：高能→低能，必定释放 1 颗光子
- 回落释放光子能量 = 两级能级差，频率和当初吸收光子完全一致（1→2 吸收 10.2eV，2→1 放出同样 10.2eV 光子）；
- 方向随机：发射光子朝向任意空间方向（VR 可以做随机散射特效）；
- 特殊：碰撞退激发：原子和别的粒子碰撞，能量变成热能，不发光子（科普简化可以忽略）。
五、适配「量子幻想 VR」交互方案
玩家可调入射光子频率：
- 频率≠2.47e15Hz：光子穿核而过，原子无变化；
- 精准调到目标频率：电子瞬间从 1s 球形云跳至 2p 哑铃电子云；
- 倒计时（放慢时间）：经过设定时长，电子云收缩回 1s，从原子随机方向射出一束对应颜色紫外光子。
补充：电离场景
入射光子＞13.6eV，电子直接脱离氢原子变成自由电子，不再形成轨道，剩余能量变成电子飞行动能。
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