Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Пайс А. -> "Гении науки" -> 117

Гении науки - Пайс А.

Пайс А. Гении науки — М.: Институт компьютерных исследований, 2002. — 448 c.
Скачать (прямая ссылка): geniinauki2002.djvu
Предыдущая << 1 .. 111 112 113 114 115 116 < 117 > 118 119 120 121 122 123 .. 192 >> Следующая

через шесть недель, содержит то, что в 1926 году Дирак назовет принципом
запрета Паули64. Эти две статьи содержат много технических подробностей,
о которых я уже где-то писал65. Я не буду здесь вдаваться в детали и
ограничусь коротким, возможно, немного поверхностным, описанием основных
направлений мысли.
В то время считалось, что большинство электронов в атоме занимают какое-
то количество заполненных и замкнутых оболочек, которые вместе формируют
Atomrumpf атомный остов. Вне ядра также могут находиться один или
несколько электронов, это так называемые валентные электроны. Эти
последние при возбуждении зарождают атомные линейчатые спектры. В 1923
году было высказано предположение, что причиной аномального явления
Зеемана является заданный тип связи между угловыми моментами валентных
электронов и предполагаемым общим угловым моментом остова65. В обзорной
статье (1925 года) Гаудсмит написал66: "Некоторые из предположений этой
модели были "абсолютно непонятны", но, приняв их, "полностью овладеваешь
обширным и сложным материалом аномального явления Зеемана".
Затем пришел Паули, который проанализировал эту модель для щелочных
атомов, обладающих лишь одним валентным электроном. Он показал, что для
них идея об угловом моменте остова серьезно противоречит другим
экспериментам62. Парадокс: как это может быть, что теория, следовательно,
оказывается неправильной, но ее применение к аномальному явлению Зеемана
работает с точностью примерно до одного процента? Ответ Паули: "Остов
обладает строго нулевым угловым моментом, и остается лишь один вариант -
приписать аномалию валентному электрону. По его словам, объяснение мы
находим "в спеиисЬической. неклас-
Вольфганг Эрнст Паули 281
сически описываемой двойственности [Zweideutigkeit] квантово-
69
теоретических свойств валентного электрона ".
Сегодня нам хорошо известно, что означает эта двойственность: электрон
несет в себе спин - собственный угловой момент движения. Мы можем
сравнить его с Землей, которая вращается вокруг своей оси и в то же время
обращается вокруг Солнца. Спин электрона может принимать только два
значения. Многие недоумевали, почему Паули не сделал еще один шаг и не
открыл это сам? Я тоже не совсем это понимаю, но могу привести одну из
причин.
Через четыре дня после получения Зоммерфельдом его работы по аномальному
явлению Зеемана он писал ему: "Я продвинулся вперед на несколько
пунктов... [относительно]... вопроса о замкнутости электронных групп в
атоме67". Он отклонился от вопроса: что может означать двойственность? к
вопросу: связана ли двойственность с замкнутыми электронными оболочками в
атомах?
В октябре 1924 года Эдмунд Стонер предположил68 следующий закон:
"Количество электронов в каждой замкнутой оболочке равняется удвоенной
сумме внутренних (полных) квантовых чисел". Мне следует объяснить.
Представьте, что мы, как правило, называем независимой корпускулярной
моделью для атома: каждый электрон движется вокруг ядра независимо от
всех остальных и, следовательно, описывает орбиту, подобную водородной.
Тогда мы можем приписать каждому электрону следующие квантовые числа:
главное квантовое число п и квантовое число I, которое (как известно из
водородной модели) может принимать значения / = 0,1,...,п - 1.
Представьте далее, что эти независимые электроны находятся во внешнем
магнитном поле. Появляется третье квантовое число: то, и каждый уровень
расщепляется па 2/ I 1 уровней, согласно чему -Z ^ то ^ Z. Число
N уровней таково:
гг = 1 : 1 = 0 N = 1
гг = 2 : / = 0,1 N = 1 + 3 = 4
п = 3 : / = 0,1,2 N = 1 + 3 + 5 = 9ит. д.
Закон Стонера гласит: оболочка соответствует фиксированному п, а число
электронов в данной оболочке, в случае полного заполнения, равняется
удвоенному N.
Почему удвоенному?
Здесь инициативу перехватывает Паули63. Он предлагает "следовать так
далеко, как только возможно, рабочей гипотезе [о Zweideutigkeit] не
только в отношении атомов щелочных металлов, но и других" и продолжает
вводить новые постулаты о двойственности: пепвое. она ппименяется к
каждому атомному элек-
282 Гении науки
трону; и второе, она формально выражается двузначным новым квантовым
числом. Этот путь привел его к введению четырех квантовых чисел для
каждого электрона. Происходит удвоение числа положений, которое, как
предполагает Паули, и отвечает за удвоение N и в законе Стонера. Почему
оболочка не может содержать больше 2N электронов? "В атоме никогда не
может быть двух или более эквивалентных электронов, для которых значения
всех квантовых чисел совпадают. Если в атоме имеется электрон, для
которого эти квантовые числа имеют определенные значения, тогда положение
"занято"63.
Это и есть принцип запрета Паули, к которому он пришел следующим путем:
аномальное явление Зеемана -> двойственность
I
закон Стонера -> принцип запрета.
Он хорошо осознавал, что это еще не конец всей истории: "Мы не можем
привести более точный аргумент для этого закона63". Действительно так, и
Предыдущая << 1 .. 111 112 113 114 115 116 < 117 > 118 119 120 121 122 123 .. 192 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed