Теоретическая физика 20 века - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
(1925).
85. U h 1 e n b e с к G. E., Goudsmi t S., Nature, 117, 264
(1926).
86. Wigner E., Zs. f. Phys., 40, 492, 883 (1926).
87. Wigner E., Zs. f. Phys., 43, 624 (1927).
В. ГЕЙЗЕНБЕРГ
ВОСПОМИНАНИЯ ОБ ЭПОХЕ РАЗВИТИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
В критические годы развития квантовой теории (1922- 1927 Тт.) Паули
работал с присущей ему работоспособностью и увлечением. Всеобщую
известность приобрели опубликованные им в эти годы работы и статья по
квантовой теории в Handbuch der Physik. Однако в этих статьях благодаря
необычайно критической позиции Паули содержится лишь небольшая часть
фактически проделанной им работы. В своих статьях Паули сообщал только
готовые результаты, но никогда не говорил о длинном и часто сложном пути,
по которому он пришел к ним, и ничего не писал о незавершенных попытках.
Частично об этой незаметно совершавшейся им работе сказано в обширной
переписке, которая велась в то время между Паули и мной; и хотя теперь в
моем распоряжении, к сожалению, нет его ответов, а имеются только мои
письма того времени с некоторыми пометками, сделанными Паули на полях,
однако и они все же воссоздают живую картину борьбы вокруг основных
проблем квантовой теории, борьбы, в которой участвовал тогда небольшой
круг физиков. Сохранившаяся часть этой переписки поможет здесь хотя* бы
частично восстановить содержание тогдашних страстных дискуссий по
основным физическим проблемам.
К началу этого периода совершенно запутанным образом переплелись круги
трех задач; разделить их и пояснить оказалось очень трудно. Этими
задачами были: аномальный эффект Зеемана для многих спектральных линий,
обусловленный спином электрона, затем лринцип запрета и, наконец, самое
важное - фундаментальные вопросы квантовой теории, связанные с дуализмом
волна-частица. Тот факт, что при этом речь шла
54
В. Гейзенберг
именно о трех принципиально различных проблемах, был выяснен лишь в конце
рассматриваемого периода. Сначала же при неудаче почти каждой
теоретической попытки, исходившей из чисто феноменологического описания
экспериментальных данных, было совершенно неясно, следует ли отказываться
от конкретного модельного представления (например, от представления о
сферически-симметричном электроне) или от всяких моделей вообще, или же,
наконец, дело было в неправильном выборе исходных принципов для
определения стационарных состояний.
Первый принципиальный результат получил Паули, доказавший (летом 1922
г.), что, применяя квантовые условия Бора- Зоммерфельда к молекулярному
иону водорода, нельзя получить правильных стационарных состояний. Правда,
этот результат был еще недостаточен, чтобы раз и навсегда в глазах физика
дискредитировать атомные модели; слишком велики и поразительны были
успехи моделей для объяснения атома водорода, эффекта Штарка и эффекта
Зеемана для спектральных линий водорода, а также периодической системы
элементов. Однако впервые вера в наглядные модели этой работой Паули была
серьезно поколеблена. В этой ситуации большое значение имели эмпирические
результаты по аномальному эффекту Зеемана. Именно здесь работами
Зоммерфельда, Ланде и других было установлено, что, применяя сравнительно
простую, наглядную модель, можно вывести эмпирические формулы только
качественно, но не количественно. К тому же в конце вычислений
приходилось всегда вносить определенные изменения, например заменять
квантовое число к на к- М> или 12 на /(/+1). В дискуссиях, которые
разгорелись' по этому поводу между мной и Паули, уже в октябре 1923 г.
было зафиксировано следующее положение: "Модельные представления
принципиально имеют только символический смысл, они являются
классическими аналогами "дискретной" квантовой теории". Тем самым во всей
остроте был поставлен вопрос о том, каким должно быть математическое
оформление "дискретной" квантовой теории или, как мы говорим сегодня,
квантовой механики. 1
Но теория тонкой структуры и аномального эффекта Зеемана содержала еще и
другие загадки. Паули уже давно заметил, что не все обстояло благополучно
с определением числа стационарных состояний в периодической системе и
что, в частности, из релятивистской теории Зоммерфельда совершенно
невозможно получить тонкую структуру рентгеновских линий в том виде, в
каком она наблюдалась на опыте: число дискретных
Воспоминания об эпохе развития квантовой механики 55
состояний оказывалось больше, чем это следовало из теории Зоммерфельда.
В декабре 1924 г. Паули прислал мне свою новую работу по этому вопросу.
Электрону необходимо приписать еще одну, четвертую степень свободы,
которая могла бы принимать только два значения. Паули говорил об удвоении
состояний, не поддающемся механическому описанию. Это позволяло навести
порядок в счете состояний и добиться естественного описания периодической
системы на основе принципа запрета, сформулированного Паули. Каждое
квантовое состояние могло быть занято только один раз. Наглядное значение
новой степени свободы, равно как и связь принципа запрета со свойствами
