"Tehát ezzel azt akarod mondani, hogy a határozatlansági reláció okán az elektromos és mágneses tér fluktuálhat."
Ez csak egy része a dolognak. Mindenesetre már pusztán ezért, egyetlen egy fotonnak megfelelő gerjesztésnél sem igaz, hogy az elektromos és a mágneses tér iránya egységesen (a gerjesztés minden helyén) ugyanarra mutatna - legfeljebb csak átlagosan.
De ettől függetlenül is az van, hogy a gerjesztés minden gerjesztett pontból elindul minden lehetséges irányba, csak éppen az interferencia (amely függ attól, hogy az elemi hullámok milyen közeggel találkoznak az útjuk során) bizonyos irányokban kioltja (utólag!), míg más irányokban felerősíti.
"Most akkor az elektromágneses hullám ezért indul el hátrafelé?"
Nem az egész (eredő) elektromágneses hullám indul el hátrafelé, hanem csak az elemi hullámoknak egy része (éspedig a fele). De vegyünk egy konkrét példát, talán könnyebb lesz megérteni. Tekintsünk egy véges síkhullámot, amely eredőben c-vel halad egy bizonyos irányban. Amikor a hullám (a gerjesztés) eleje megérkezik valahová, ott az elektromágneses mező a gerjesztés miatt azonnal elkezd másodlagos hullámforrásként működni. A hullámok egy része pontosan előre felé halad, és ez meg is marad, ugyanis nincs semmi, ami kiolthatná (nem érhetik utól a más irányból érkező elemi hullámok). Más részük meg pontosan hátrafelé halad, és történetesen ezek azok az elemi hullámok, amelyek az interferencia révén kioltják a véges síkhullám hátsó részét, ezért biztosítják, hogy ahol elhaladt a síkhullám, ott szűnjön meg a gerjesztettség.
Az oldal irányban, illetve ferdén haladó elemi hullámok szintén kioltják egymást, hacsak nem más arrafelé az elemi hullámok haladási sebessége (törésmutató).
"Arra kértelek, hogy magyarázd el ez hogyan történik, ám csak megállapítást közöltél, hogy az egymásra merőlegesnek képzelt mágneses és elektromos tér csak fikció, és csak átlagban érvényes. Vagy csak én nem érzem magam ettől felvilágosultabbnak?"
Természetesen NINCS olyan természeti törvény, hogy az elektromos és a mágneses tér egymásra merőlegesek. Triviális példaként gondolj egy nyugvó ponttöltés terére, ahol nincs is mágneses tér, az elektromos tér iránya meg attól függ, hogy a ponttöltés körül éppen hol nézed (a kvantumos fluktuációkról még nem is szóltunk), és ez igaz már az elemi elektromos töltésre is.
A klasszikus elektromágneses hullámok, amelyekre igaz (lokális átlagban), hogy bennük az elektromos és a mágneses terek merőlegesek egymásra, a sugárforrástól és zavaró körülményektől (gerjeszthető anyagoktól, töltésektől, mágnesektől) távol érvényesek.
"Az elektromágneses hullámok polarizációját, azaz hogy benne az elektromos erőtér merre mutat, gyönyörűen ki lehet mérni egy dipóllal, az arra merőleges mágneses teret pedig keret (mágneses) antennával."
Makroszkopikusan és eredőben.
"Na, ez nagyon érdekes. Még a legfejlettebb fizikakönyvem szerint is csak ugrik az a szegény elektron."
Eszerint valamilyen mérnök féle lehetsz (:-). Egyébként igen, a tankönyvek előszeretettel beszélnek ugrásról, ugyanis a stacionárius állapotok fennmaradási idejéhez képest az átmenet roppant rövid idő alatt bekövetkezik.
Ugyanakkor az "ugrás" szó rendszeresen félrevezeti a diákokat, mert egy valóban pillanatszerű, folyamatos, átmenet nélküli dolgnak hiszik.
"Nos, ha millió periódus alatt, hogyan teszi azt? Az elektron letér a kvantált pályájáról, eképp érvényes lesz rá a törvény, hogy a gyorsuló töltés sugároz, majd elegendően mélyre süllyedve, „beleesik” egy másik kvantált pályára?"
Az elektron valójában a kvantált pályán is egyszerre sugározza és elnyeli az elektromágneses hullámokat. A kvantált pályán ez a két folyamat egyensúlyban van. Azonban az egyensúly felborulhat, ha más elektronpálya is lehetséges, és valamilyen külső hatás is érvényesül.
PÉLDA:
A különféle mágneses rezonancia spektroszkópokban pl. bekapcsolnak egy állandónak tekinthető mágneses teret. Ebben a mágneses térben az elektronokra forgatónyomaték fog hatni, ugyanis saját- (spin) és pályaimpulzusmomentumukhoz mágneses momentum is járul. A forgatónyomatéknak és az impulzusmomentumnak az iránya olyan, hogy az elektron PRECESSZIÓBA kezd a külső mágneses tér iránya körül. E precesszió frekvenciáján aztán elektromágneses hullámokkal lehet gerjeszteni (magasabb energiás stacionárius állapotba), vagy saját maga is kisugározhat. A precesszió és vele együtt az elektromágneses sugárzás frekvenciáját a stattikus mágneses tér nagyságával tudjuk hangolni.
"... ezt is magyarázd el, miért is nem ugrik az a szerencsétlen elektron."
A különböző stacionáris állapotok (avagy "lehetséges állapotok") közötti átmeneteket korlátozza, hogy közben érvényesülniük kell a különféle megmaradási törvényeknek. Ezekből meglehetősen sok van, és a téridő alapvető szimmetriái fejeződnek ki bennük.
Vannak aztán olyan "kiválasztási szabályok" is, amelyek nem az általános téridő, hanem csak a vizsgált anyagi rendszer szimmetriáival függnek össze, de ezek is erősen befolyásolják, hogy milyen átmenet lehetséges, és milyen nem (vagy nem valószínű). Ha további kölcsönható részecske, vagy potenciál is jelen van, akkor általában könnyebb teljesülniük e megmaradási/szimmetria törvényeknek, és az átmenet valószínűsége megnő. Hogy pontosan mennyivel, azt kvantumfizikailag ki is lehet számolni.