Теоретическая физика 20 века - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
на мысль о рассмотрении этого аномального эффекта Зеемана на основе
методов, применявшихся для квантования многопериодных систем. Это и было
сделано в уже цитированных двух работах Паули [63, 65]. Величины
магнитных моментов связывались с величинами моментов количества движения,
так что с моментом S связано 2S магнетонов Бора, а с моментом L- L
магнетонов Бора. Удвоенный магнитный момент, связанный с S, ^ыл введен в
то время ad hoc, без какого-либо теоретического обоснования. Разбирая
свойства системы с учетом энергии связи между моментами L и S и
взаимодействия магнитных моментов с внешним магнитным полем, Паули смог
проследить полный переход от' случая слабого поля к случаю сильного
[[оля. В слабых полях-результирующий магнитный момент J подвергается
пространственному квантованию, и мультиплет-ный уровень расщепляется на
2/-f 1 эквидистантные компоненты, различающиеся магнитным квантовым
числом М, представляющим компоненту J в направлении поля. Уравнение (6)
заменяется на
-J + i J, (12)
причем выражение для множителя g через L, S и J было получено еще Ланде в
1923 г. [57]:
3 S(S + i)-L(L + j)
ь 2 2J(J + i) * ^ '
В сильных полях моменты количества движения L и S квантуются по
отдельности, давая компоненты ML и Ms в направлении поля. Это поведение
энергетических уровней в спектрах известно под названием эффекта Пашена-
Бака. Более подробно этот вопрос обсуждается в данной книге в статье Ван
дер Вардена.
В связи с этим уместно вспомнить другое исследование, проведенное Паули в
1924 г. [66]. Многие энергетические уровни J мультиплетов при очень
высоком разрешении обнаружи-
28
Р. Кроииг
вают дальнейшее расщепление меньшего порядка по величине, известное под
названием сверхтонкой структуры. Паули первый указал, что это явление
следует приписать моменту количества движения атомного ядра У, имеющему
небольшой магнитный момент, причем I складывается с /, образуя
результирующий момент F совершенно аналогично тому, как S и L образуют
результирующий момент J. Различные подуровни/^проявляются затем в
радиационных переходах в виде дальнейшего расщепления спектральных линий.
Таким в общих чертах было положение, существовавшее в атомной физике в
конце 1924 г., когда я выехал из Нью-Йорка в Европу. Интересно здесь
напомнить, каково было состояние физики в Соединенных Штатах в то время.
В экспериментальной физике такие исследователи как Майкельсон, Милликен,
Лэнгмюр, Комптон и Р. Вуд, принадлежавшие к числу наиболее видных ученых
мира, продолжали традицию пионерских Исследований, восходящую к
Франклину, Генри и Роулэнду, тогда как теоретическая физика, после
блеснувшего как метеор Гиббса, не могла похвастать таким созвездием имен.
В университете я получил солидную подготовку по классической
теоретической физике, но знания в области атомной физики я должен был в
значительной степени приобретать самостоятельно. Правда, в Америке
существовала разобщенная группа молодых физиков, старавшихся что-то
делать в этом направлении; среди них я должен упомянуть Кембла, Ван
Флека, Брейта, Слетера и Мелликена, но они были слабо связаны друг с
другом. Как и на большинство молодых физиков того периода, на меня
сильнейшее влияние оказала книга Зоммерфельда "Строение атомов и
спектральные линии". Кроме того, встреча с Эренфестом, читавшим в 1924 г.
лекции в Америке, произвела на меня огромное впечатление, и я с радостью
принял его предложение поехать за границу и, в частности, посетить его
институт.
Итак, сначала я поехал в Кембридж, потом в Лейден, где провел несколько
недель. В то время в Утрехте Орнштейн и его ученики, тщательно измеряя
компоненты Зеемана в спектральных линиях и компоненты мультиплетов,
показали, что интенсивности их находятся в простом рациональном
отношении, подчиняясь так называемым правилам сумм. Вместе сГаудсмитом
[34], который тогда работал в Лейдене (1925 г.), я получил общую формулу
для относительных интенсивностей компонент Зеемана, выразив эти
интенсивности через квантовые числа J и М. Принцип соответствия наводил
на мысль, что эти интен-
Переломные годы
сивности должны быть полиномами второй степени по J и М. Коэффициенты
этого полинома определялись требованием, чтобы выполнялись эмпирические
правила Орнштейна. Вместе с правилами отбора и g-формулой Ланде это была
одна из первых попыток заменить качественные утверждения принципа
соответствия количественным результатом, который впоследствии был
подтвержден квантовой механикой.
Естественно, что при этих обстоятельствах я желал видеть тех, кто так
много сделал для лучшего понимания эффекта Зеемана, и именно поэтому, как
уже говорилось раньше, я приехал в начале 1925 г. в Тюбинген. В моих
глазах Паули означал так много, что, ожидая встречи с ним, я жадно
вчитывался в письмо, которое Ланде показал мне. В этом письме фактически
содержалось изложение принципа запрета в ясном и критическом стиле, столь
характерном для его автора. В письме говорилось, что в атоме, находящемся
