Теоретическая физика 20 века - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
классификации спектральных термов в сильном магнитном поле для меня
прояснилась общая формулировка принципа
360
Вольфганг Паули
запрета. Основную мысль можно высказать так: сложные числа электронов в
замкнутых подоболочках сводятся к простому числу 1, если классификация
оболочки проводится с помощью значений 4 квантовых чисел при условии, что
снимается всякое вырождение. Вообще невырожденный уровень является уже
"заполненным", если он занят одним-единственным электроном; состояния,
противоречащие этому постулату, запрещаются.
Эта общая формулировка принципа запрета была опубликована в Гамбурге
весной 1925 г. [5], после того как во время посещения Тюбингена мне
удалось подтвердить с помощью имевшихся там спектроскопических данных
некоторые дополнительные следствия относительно аномального эффекта
Зеемана в более сложных атомах. Физики, кроме специалистов по
классификации спектральных термов, считали принцип запрета малопонятным,
поскольку четвертая степень свободы электрона не описывалась никакой
моделью. Этот пробел был заполнен гипотезой Уленбека и Гаудсмита о спине
электрона [6], которая позволила понять аномальный эффект Зеемана просто
на основе предположения, что спиновое квантовое число электрона есть Уг и
что отношение магнитного момента к механическому вдвое больше, чем для
обычной орбиты электрона. С того времени принцип запрета оказался тесно
связанным с представлением о спине. Хотя ц сначала сильно сомневался в
этой идее ввиду ее классического характера, но в конце концов все же стал
ее сторонником после того, как Томас [8] вычислил величину дублетного
расщепления. С другой стороны, мои прежние сомнения, а также осторожное
выражение "двузначность, не поддающаяся классическому описанию", в
дальнейшем получили известное подтверждение, так как Бор показал с
помощью волновой механики, что спин электрона нельзя измерить в
классически описываемых опытах (например, посредством отклонения
молекулярных пучков во внешних магнитных полях), и поэтому спин следует
рассматривать как существенно квантовомеханическое свойство электрона
[9]1).
Последующее развитие проходило под знаком появления новой квантовой
механики. В том же 1925 г., когда я опубликовал свою работу о принципе
запрета, де Бройль сформули-
х) По поводу этой ранней истории принципа запрета см. также нашу заметку,
опубликованную в 1946 г. в Science, Kofopan частично совпадает с первой
частью настоящей лекции.
Принцип запрета и квантовая механика
361
ровал свое понятие "волн материи", а Гейзенберг - новую матричную
механику, за которой в следующем году быстро появилась волновая механика
Шредингера.
Вряд ли стоит теперь особенно подчеркивать все значение и фундаментальный
характер этих открытий, так как эти физики сами разъясняли здесь, в
Стокгольме, содержание своих открытий [10]. Да и время не позволяет мне
подробно рассказать об общем теоретико-познавательном значении новой
области квантовой механики, тем более, что это уже сделано в ряде статей
Бора [И], в которых он применил новое фундаментальное понятие
"дополнительности". Я напомню' только о том, что в квантовой механике
речь идет лишь о возможных, а не о действительно происходящих событиях.
Это звучит там примерно следующим образом: "это невозможно" или "возможно
либо то, либо это", но никогда не утверждается: "это действительно
произойдет тогда-то и там-то". Действительное наблюдение оказывается
событием, выходящим за пределы описания посредством физических законов, и
представляет собой в общем случае дискретный выбор из различных
возможностей, предоставляемых в наше распоряжение статистическими
законами новой теории. Только этот отказ от старых требований об
объективном, независимом от способа и рода наблюдения описании физических
явлений позволил восстановить замкнутость квантовой механики, потерянную
ею в сущности уже в результате открытия Планком кванта действия. Не
разъясняя здесь изменение точки зрения современной физики на такие
понятия, как "причинность" и "физическая реальность", по сравнению с
прежней, классической физикой, я хочу обсудить место принципа запрета в
рамках новой квантовой механики.
Как показал впервые Гейзенберг [12], квантовая механика приводит к
качественно различным результатам для частиц тождественных (например,
электронов) и нетождественных: Ввиду невозможности различить
тождественные частицы друг от друга, волновые функции, описывающие
совокупность заданного числа тождественных частиц в конфигурационном
пространстве, распадаются на разные классы симметрии, которые не могут
быть переведены друг в друга внешними воздействиями. В понятие
"конфигурационное пространство" мы включаем здесь и спиновую степень
свободы, которая описывается в волновой функции отдельной частицы
переменной, могущей принимать только конечное число значений. Для
электронов это число равно 2, так что конфигурационное пространство N
362
Вольфганг Паули
