前面讨论原子能级时，是把能级当作没有宽度的某一确定值来考虑的理想化模型，因此满足跃迁选择定则的辐射频率v=(E2-E1)/h是单一的频率。
根据量子力学理论可知，原子的能级不能简单地用一个确定的数值来表示，而是具有一定宽度的，这个宽度称为能级自然宽度。
在微观领域中时间和能量是不能同时精确测定的，如果时间的不确定值用△A表示，能量的不确定值以△E表示，则不确定的关系式有：
h为普朗克常数对原子能级来说，时间的不确定值相应于原子的平均寿命T了,也就是原子在该能级的平均停留时间，由此得能级宽度：
可以看出，能级寿命越短，能级宽度△E越宽;反之,能级寿命越长，能级宽度△E越窄。从这里可以推断出，亚稳态能级较窄,基态的能级平均寿命T-8，所以基态能级宽度△F→∞由于能级有宽度，所以原有原子辐射频率公式中的频率N应理解为中心频率，而频率宽度△VN的大小由能级宽度决定。
宽度为△E2的上能级的原子跃迁到宽度为AE1的下能级时，围绕中心频率△V0的谱线宽度为:
图1-14画出了三种不同情况下，由于能级宽度引起的辐射跃迁谱线宽度。例如：氛原子所发波长⋏=632.8nm(或频率V=4.71×lO14Hz)的光谱所对应的两个能级的平均寿命，对于作为上能级的3S2，T2 =2×lO-8S,对于作为下能级的2P4态,T1=1.2×lO-8S,代入上式可得：
这与之前述经典理论作出的估计相符。
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