Giả sử có một phôtôn có tần số ω0 bị hấp thụ bởi một nguyên tử ban đầu ở trạng thái cơ bản và tần số ω0 ứng đúng với năng lợng chuyển nguyên tử từ trạng thái cơ bản lên một trong những trạng thái kich thích và nguyên tử hấp thụ phôtôn và bị kích thích. Sau đó nó trở lại trạng thái cơ bản và phát ra phôtôn với
tần số ω0. Phôtôn này có thể đợc phát ra theo những hớng bất kỳ tức là nguyên tử tán xạ ánh sáng có tần số ω0.
Tiếp đến ta lại giả sự bức xạ rọi vào nguyên tử có tần số ω khác với ω0 một chút. Khi đó nguyên tử có tán xạ ánh sáng không? Với câu hỏi này thì thí nghiệm đã chứng tỏ rằng nếu tần số ω biến thiên ở gần ω0 thì hiệu suất của nguyên tử coi nh một vật tán xạ, sẽ thay đổi: Lúc đầu nó tăng lên một cực đại nhọn ở ω = ω0 và giảm nhanh khi tần số tăng. Đôi lúc phôtôn có tần số “không đúng “ cũng có thể gây ra “sự nhảy”. Đến đây một câu hỏi nữa lại xuất hiện. Tần số của bức xạ tán xạ sẽ nh thế nào nếu tần số của bức xạ tới nguyên tử là ω
khác ω0? Từ hình ảnh “sự nhảy” có vẻ phải suy ra rằng tần số này phải có giá trị “đúng” ω0, giá trị này lại không đợc thực nghiệm xác nhận. Bức xạ do nguyên tử phát ra có tần số ω, giống nh điều phải chờ đợi trên cơ sở bảo toàn năng lợng ( và sự tồn tại của phôtôn).
Để hiểu đợc những sự kiện này, ta hình dung nguyên tử dới dạng 1 hệ cơ học nào đó trong đó các êlectrôn liên kết với hạt nhân bởi các lực đàn hồi. Hệ này sẽ có một dãy các tần số cộng hởng, một trong số đó bằng ω0. ở trạng thái cơ bản của nguyên tử toàn bộ hệ này đứng yên nhng sóng điện từ tới sẽ kích thích nó dao động làm cho các êlectrôn dao động phát ra bức xạ điện từ có cùng tần số nh tần số của sóng tới. Biên độ dao động sẽ càng lớn khi tần số sáng càng gần tần số cộng hởng ω0 và hiệu suất của nguyên tử nh vật tán xạ, rõ ràng là sẽ lớn nhất khi tần số của sóng tới trùng với tần số ω0.
Bây giờ ta giả sử rằng, chúng ta xác định năng lợng của các mức (tính từ mức cơ bản ) của nguyên tử bằng cách đo tần số các phôtôn gây ra sự chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích. Nói cách khác, chúng ta xác định tần số để nguyên tử cộng hởng. Một tần số duy nhất nh vậy không tồn tại: nguyên tử hởng ứng với một khoảng tần số nhỏ. Tất nhiên ta có thể nói rằng tần số “đúng” xác định năng lợng của mức là tần số ω0 ứng với cực đại của đờng
cong cộng hởng. Tuy nhiên, còn lại sự kiện nguyên tử hởng ứng với mọi tần số gần ω0 và vạch trong phổ hấp thụ của nguyên tử không thể hẹp một cách tuyệt đối mà nó có một độ rộng hũ hạn. Vậy đối với vạch phổ phát xạ nguyên tử thì sao? Vạch phát xạ có cùng 1 độ rộng nh vạch hấp thụ.
Vì vị trí của các mức năng lợng đợc xác định theo sự quan sát các vạch hấp thụ và phát xạ và nhng vạch này luôn có độ rộng hữu hạn, nên năng lợng của trạng thái kích thích không thể là 1 đại lợng hoàn toàn xác định. 2.2. Các chuyển dời tự phát và cỡng bức