Теоретическая физика 20 века - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
32. Burgoyne N., Nuovo Cimento, 8, 607 (1958).
33. van der W a e r d e n B. L., Die gruppentheoretische Methode, Berlin,
1932. (См. перевод: Б.Ван дер Варден, Методы теории групп в квантовой
механике, Харьков, 1938.)
31. Lehmann Н., Nuovo Cimento, 10, 579 (1958).
35. К а 1 1 ё n G., Wightman A., Mat. Fys. Skr., 1, No. 6 (1958).
36. .lost R., Helv. phys. Acta, Pauli Heft.
37. R u e 1 1 e D., Helv. phys. Acta, 32, 135 (1959).
It Заказ № 214
X. КАЗИМИР ПАУЛИ И ТЕОРИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Ich mag diese Physik des festen ICoipers nicht . zwar habe ich damit
angefangen. (He нравится мне эта физика твердого тела , хотя я сам с
этого начинал - угм )
Это высказывание выражает чувства Паули но отношению к физике твердого
тела. Действительно, это один из немногих разделов физики (наряду с
теорией разряда в газах и теорией химической связи), которые Паули не
любил. Паули в основном занимался фундаментальными проблемами, и это
могло бы объяснить лишь его равнодушие, но не неприязнь. Например, к
прикладным наукам он относился с насмешливой снисходительностью и очень
забавлялся, когда, по его собственным словам, не понял ни слова из
лекции, посвященной новым конструкциям термоионных ламп. В физике
твердого тела его раздражало отсутствие математической строгости и
логической полноты, использование плохо определенных моделей,
равносильных введению неподдающихся проверке математических гипотез и
имеющих силу лишь при умелой классификации огромного количества
экспериментальных данных. С другой стороны, он восхищался работой
Онзагера по переходам порядок - беспорядок: тут была модель, хотя и
примитивная, но строго определенная; математическая задача представляла
большой интерес и была решена Онзагером блестяще.
И все же Паули говорил, почти с сожалением, что сам был инициатором этой
теории. Сейчас, когда физика твердого тела пытается объяснить свойства
твердых тел, исходя из основных принципов, становится ясным, что каждый,
кто участвовал в разработке основных идей квантовой механики, оказал
также далеко идущее влиянце на развитие физики твердого тела. С этой
точки зрения влияние Паули быть может даже больше, чем он предполагал.
Говоря более конкретно, мы можем упомянуть принцип Паули, лежащий в
основе самих понятий элект-
Паули и теория твердого тела
163
ронных полос и дырок, созданную им волновую теорию электронных спинов,
которая разъясняет и дополняет существовавшие ранее представления и имеет
большое значение для всех работ по парамагнитному резонансу, и, наконец,
представление о ядерном спине, который после продолжительного и несколько
подчиненного положения в спектроскопии неожиданно после открытия ядерного
спинового резонанса возродился к новой, удивительно плодотворной жизни.
Но Паули говорил не о влиянии общего характера, он имел в виду свою
единственную работу по парамагнетизму свободных электронов [1].
Действительно, эта работа сыграла выдающуюся роль в развитии теории
твердого тела. Остановимся на ней подробнее.
В 1926 г., когда Паули написал свою первую и последнюю работу по теории
твердого тела, построение квантовой теории быстро завершалось. Одна за
другой странные экстраполяции старой квантовой механики, полученные
кропотливым анализом спектроскопических данных, сводились к основным
принципам. Гейзенберг указал, как ввести принцип запрета Паули в волновую
механику систем из многих частиц: в частности, удалось объяснить
отсутствие парамагнетизма в основном состоянии гелия. С другой стороны,
еще не сложился квантовомеханический подход к статистике газов. Были
известны обе статистики (Бозе - Эйнштейна и Ферми - Дирака), но они
рассматривались как более или менее эквивалентные возможности, и вопрос,
какая из них описывает поведение газов, состоящих из частиц с массой,
отличной от нуля, оставался спорным. Своей работой Паули по существу
принял участие в этом споре. Он указывает, что соображения Гейзенберга о
спектре гелия подтверждают применимость статистики Ферми - Дирака для
электронного газа и затем вводит идеальный электронный газ как грубую
модель для электронов в металле; его интересует прежде всего не описание
свойства металла в свете идей новой квантовой механики, а возможность
выбора между двумя статистиками.
В математическом подходе к задачам квантовой статистики проявилось
обычное мастерство Паули. Он использует методы Гиббса и особенно метод
"большого ансамбля", к которому многие из изучавших статистическую
механику относились с подозрением, если вообще знали его. Паули объясняет
подробно, что подобно тому, как введение канонического ансамбля позволяет
обойтись без условия es = c'onst, введение
большого ансамбля исключает условие i\r=2'zs = const* После построения
формализма ему было уже нетрудно
11*
164
X. Казимир
обобщить статистику Ферми - Дирака на частицы со спином. Это без сомнения
самый прямой и элегантный из методов квантовой статистики и можно только
удивляться тому, что некоторые авторы впоследствии предпочли использовать
