Emisja wymuszona (indukowana) zachodzi jeżeli atom znajduje się w stanie wzbudzonym, to pod wpływem padającego na niego fotonu o odpowiedniej, rezonansowej energii przechodzi na niższy poziom energetyczny emitując swój własny foton. Emitowany foton jest spójny z fotonem wymuszającym.
Zjawisko to zostało przewidziane przez Alberta Einsteina, który zauważył, że jeżeli oddziaływanie atomu z fotonem wywołuje pochłonięcie fotonu z prawdopodobieństwem zależnym od ilości fotonów o odpowiedniej energii, zaś emisja wystepuje czysto swobodnie, z prawdopodobieństwem zależnym wyłacznei od wielkości charakteryzujących wzbudzony poziom energetyczny, to atom wzbudzony musi emitować foton w wyniku oddziaływania z fotonem, z prawdopodobieństwem zależnym od ilości odpowiednich fotonów, by mogło dojść do równowagi termodynamicznej między pochłanianiem i emitowaniem fotonów.
Emisja wymuszona jest zjawiskiem odwrotnym do pochłaniania fotonów przez atomy (cząsteczki). Prawdopodobieństwo pochłonięcia fotonu przez atom w stanie o mniejszej energii jest takie samo jak prawdopodobieństwo emisji wymuszonej atomu wzbudzonego, dlatego o wielkości emisji/pochłaniania ośrodka decyduje różnica liczby atomów w stanie wzbudzonym i podstawowym. Zjawisko to jest podstawą działania lasera.

Emisja spontaniczna zachodzi wtedy, gdy elektrony znajdujące się na poziomach wzbudzonych w sposób spontaniczny wracają na niższe poziomy energetyczne, emitując przy tym fotony.

Zjawisko występuje powszechnie i odpowiada za niemal każde świecenie ciał, np. gazów rozgrzanych, wzbudzonych atomów, ciał ciekłych i stałych, a także urządzeń elektronicznych takich jak diody elektroluminescencyjne (LED).

Liczba emisji spontanicznych ciała, w którym w stanie wzbudzonym jest N atomów określona jest wzorem:

,

gdzie A₂₁ jest stałym dla danego przejścia w danym atomie współczynnikiem emisji (stała wprowadzona przez Einsteina).

Przy braku nowych wzbudzeń prowadzi to do równania określajacego liczbę atomów pozostających w stanie wzbudzenia:

,

gdzie: N(0) początkowa liczba wzbudzonych atomów , τ₂₁ jest czasem życia i wiąże się ze współczynnikiem A, τ₂₁ = (A₂₁)^-1.

Inne sposoby emisji fotonów:

Teoria przejść fazowych to dziedzina fizyki znajdująca się na pograniczu dziedzin takich jak termodynamika fenomenologiczna, fizyka materiałowa, chemia fizyczna, teoria pola. Jest to dziedzina zajmująca się doświadczalnym i teoretycznym opisem tak zwanych zjawisk krytycznych zachodzących podczas przejść fazowych. Zjawiska te maja swoja wyraźną i zaskakującą specyfikę, zaś dla opisu wymagają rozwinięcia swoistych narzędzi matematycznych jak teoria grupy renormalizacji. Także badania doświadczalne przejść fazowych wobec wielkiej czułości tych zjawisk na stan otoczenia wymagaja specyficznego podejścia w planowaniu eksperymentów i ich przeprowadzaniu. Podstawową zasadą która konstytuuje tą dziedzinę fizyki jako samodzielny obszar badawczy jest fakt, że zupełnie różne substancje przejawiaja w ramach zjawisk towarzyszących przejściom fazowym takie samo zachowanie co jest treścia hipotezy uniwersalności opisu przejść fazowych. W szczególności uniwersalne czyli niezależne od materiału w którym dochodzi do przejścia fazowego są wykładniki krytyczne czyli stopnie nieciągłości pochodnych funkcji stanu materiału. Wynika z tego, że w analizie przejść fazowych zupełnie nie maja znaczenia szczegóły budowy substancji, jej skład chemiczny czy nawet detale dotyczące oddziaływan pomiędzy róznymi mikroskopowymi fragmentami układu.

Przejścia fazowe - opis fenomenologiczny - klasyfikacja przejść fazowych wg. Landaua-Ginzburga

Fenomenologiczny opis własności

termodynamicznych układu rozpoczyna się zwykle od podania funkcjonału energii swobodnej układu G. Postac tej funkcji dla skomplikowanego układu termodynamicznego jest w teorii wynikiem uśrednienia przeprowadzonego dla skal mikroskopowych w ramach opisu układu za pomocą zespołów statystycznych. Jednak w praktyce funkcjonał G konstruje się w oparciu o zasady symetrii. Aby podać jego jawna postać należy wybrać zmienną dynamiczną która będzie opisywała zachowanie się układu. W ramach teorii przejść fazowych typowym wyborem, jest tak zwany parametr porządku który wybieramy w taki sposób aby w fazie o większej entropii miał niższe wartości niz w fazie o entropii większej. Itak dla układów magnetycznych ( na przykład ferromagnetyka) typowym wyborem jest średnia magnetyzacha na jednostkę objętości. Dla ukłądów cieczowych ( na przykład podczas analizy krzepnięcia - topienia) typowym i naturalnym wyborem jest średnia gęstość cieczy. Dla nadprzewodników parametrem porządku jest funkcja falowa pary Coopera, co prowadzi do wielkości zespolonej o dwu składowych rzeczywistych, zaś dla na przykład ciekłych kryształów cholesterolowych mamy do czynienia z tensorowym parametrem porządku opisującym skręcenie direktorów w płaszczyznach przejawiających uporządkowanie typu nematycznego.
Energia swobodna G jest ciągłą funkcja parametrów w niej wystepujących to jest parametru porządku, pul zewnętrznych i temperatury. Jak się jednak okazuje w punkcie przejścia fazowego ma ona nieokreślona pochodną, czyli sama funkcja G posiada punkt osobliwy w postaci np. ostrza. Zwykle przejścia fazowe analizuje sie w funkcji temperatury, jest to jednak modelowe uproszczenie. Role parametru kontrolnego może pełnic bowiem zarówno temperatura jak pole magnetyczne, stężenie składników i inne.
Własność ta jest podstawa klasyfikacji przejść fazowych zaproponowana pzrez Ginzburga-Landaua: wyróżnia się obecnie dwa rodzaje przejść fazowych:

• przejścia fazowe nieciągłe - kiedy pochodna energii swobodnej G jest nieciągła ( doznaje skoku) zaś sama funkcja G ma osobliwość w postaci ostrza. Dla fazy o wyższym parametrze porządku minimum G jest realizowane za pomoca innej gałęzi krzywej G niż dla fazy o niższych wartościach tego parametru. Obie gałęzie sa zszyte w punkcie przejścia fazowego tworząc ostrze. Ponieważ pochodna funkcjonału G przy zmianie temperatury to ciepło właściwe, mamy zatem do czyneinia z neiciągłościa tej wielkości co oznacza, że w trakcie pzrejścia nastepuje wydzielanie sie energii, tak zwanego utajonego ciepła przejścia. Typowymi przykładami takich pzrejść są zjawiska związane z topneiniem czy krzepnięciem substancji, zjawiska parowania, wrzenia itp. Także przejścia fazowe ferromagnetyk - paramagnetyk w obecności zewnętrzengo pola magnetycznego są przejściami tego rodzaju.

• przejścia fazowe ciągłe - w tym przypadku funkcja G jest ciągła i posiada także ciągłe pochodne pierwszego rzędu co sprawia, że z przejściem nei jest związana żadna neiciagłość w cieple właściwym a tym samym brak ciepła utajonego przejścia. Jednak druga lub któraś z wyższych pochodnych jest nieciągła ( do chwili obecnej nie zaobserwowano przejścia z ciągłą 2-ga pochodną a nieciągłą 3-cią czy wyższą). Przejścia takie mają niezmiernie ciekawe własności. Obszar około przejścia wykazuje istnienie olbrzymich fluktuacji parametru porządku, które są skorelowane ( koherentne) w olbrzymich makroskopowych objętościach. Typowym przykładem jest tu przejście w punkcie potrujnym na przykład wody, przejście ferromagnetyk - paramagnetyk w punkcie Curie, przejście nadprzewodnik - przewodnik i inne. Ponieważ brak jest utajonego ciepła przemiany dla dowolnej objętości ośrodka brak jest jakijkolwiek bariery energetycznej pomiędzy fazami: moga one współistneić i zupełnie płynnie, bez wydatku

energii, przechodzic jedna w drugą. To właśnie jest powodem istneinia olbrzymich fluktuacji.

Czasami można spotkać się ze starszą klasyfikacją przejść fazowych pochodzącą od Ehrenfest, w której kryterium podziału, stopień pochodnych nieciągłych funkcji energii swobodnej jest podobny jak w klasyfikacji powyższej, jednak rodzaje przejścia numeruje się numerem nieciągłej pochodnej, a więc mamy pzrejścia I rodzaju ( jak powyżej), II rodzaju ( nieciągła 2 pochodna G), II rodzaju ( nieciągła 3 pochodna G) i tak dalej. Jednak po pierwsze nie zaobserwowano przejść fazowych III rodzaju, a po drugie miałyby one własności analogiczne do własności przejść II rodzaju, co sprawia, że obecnie uzywa się pzredstawionej powyżej klasyfikacji.

Co ma wpływ na przejście fazowe

Jak się okazuje własności prejść fazowych prawie zupełnie nie zależą od ośrodka w którym zachodzą. Ta zdumiewająca własność jest nazywana uniwersalnością i w wąskim rozumieniu odnoszona jest do niezależności

wykładników krytycznych od materiału, a w szerokim dotyczy modelu

przejścia w ogólności. Wielkosciami które decydują o charakterze przejścia są następujące parametry:

• wymiar d przestrzeni w którym zachodzi przejście fazowe. Przejścia zachodzące w 3 wymiarach mają inne własności niż te które można uważać za 2-wymiarowe. Mechanika

statystyczna układów o większej lub równej 4 liczbie wymiarów przewiduje że w takim przypadku teoria pola średniego jest dokładna i nie ma potrzebu uzględniania innych przyczynków w modelu.

• rząd s tensorowy parametru porządku. Dla przejść typu topnienie czy parowanie parametr porządku jest skalarem (s=1): jest to średnia gęstość na przykład fazy gazowej. Dla przejść w nadprzewodniku parametrem porządku jest wektor dwu funkcji rzeczywistych (s=2), jest to część rzeczywista i urojona funkcji falowej pary Coopera. Dla ferromagnetyków jest to wektor magnetyzacji średniej a więc s=3. W ciekłych kryształach opis wymaga użycia tensorów wyższego rzędu ( s=5).

---