Теоретическая физика 20 века - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
Комптон в 1921 г. [4]. Однако Комптон не воспользовался своей идеей для
объяснения аномального эффекта Зеемана, и его работа, по-видимому, не
оказала влияния на дальнейший ход событий.
В январе 1925 г. двадцатилетний Крониг прибыл в Тюбинген, чтобы
встретиться с Ланде и Баком. Ланде показал Кронигу только что полученное
письмо Паули, в котором разъяснялся принцип запрета ho существу таким же
образом, как в разобранной в § 3 статье Паули. В письме, как и в работе,
Паули предлагал характеризовать состояние электрона четырьмя квантовыми
числами (п, Z, /, т- в современных обозначениях), причем / равно I + х/2
или I - х/2, a rrij принимает значения /, /-1
Крониг сразу увидел, к чему ведет эта гипотеза. Если полный момент /
отличается от орбитального момента I на ±х/2> то эт<> означает, что
каждый электрон в дополнение к моменту, связанному с орбитальным
движением, имеет еще собственный момент с проекцией на любое избранное
направление, равной ± */2 (в единицах hi2л). Первоначально этот момент
приписывался атомному остатку, но, согласно воззрениям Паули, его нужно
отнести к самому электрону. Чтобы интерпретировать динамически этот
момент, Крониг предположил, что электрон вращается вокруг собственной
оси.
В тот же день Крониг оценил уровни энергии электрона, несущего магнитный
момент, равный в точности одному магнетону Бора. В системе координат, где
электрон покоится, электрическое поле атомного ядра при помощи
преобразования Лоренца порождает магнитное поле. Взаимодействие этого
поля
Принцип запрета и спин
245
с магнитным моментом электрона приводит к появлению в выражении для
энергии члена, пропорционального скалярному произведению векторов спина и
орбитального момента. Для атомов щелочных элементов учет этого
взаимодействия дает величину дублетного расщепления, пропорциональную Z4,
где Z -- эффективный заряд ядра (или, точнее, пропорциональную Z?Z2, где
Zi и Z - заэкранированные заряды ядра, действующие внутри и вне атомной
оболочки). Это согласуется с экспериментальными данными, приведенными
Ланде [5]. В старой модели дублетное расщепление объяснялось магнитным
моментом атомного остатка и было пропорционально Z3.
Удовлетворительный результат расчетов позволил Кронигу надеяться, что в
водородоподобных атомах новый эффект наложится на тонкую структуру,
рассчитанную Зоммерфельдом, я уровни с /=/- V2 и l = j+1/2 будут
совпадать при любом /. Это объяснило бы наблюденную на опыте тонкую
структуру водородных термов. Оказалось, однако, что расчет нового эффекта
дает вдвое большую величину, чем требует эксперимент.
8 января Крониг встретил Паули в Тюбингене и рассказал ему о своих идеях
и расчетах. Паули ответил: "Это очень остроумная выдумка", но был
настроен скептически. (
Затем Крониг отправился в Копенгаген и обсудил эту проблему с
Гейзенбергом, Крамерсом и другими. Идея о вращающемся электроне и здесь
не встретила поддержки. Подавленный отрицательной реакцией прославленных
физиков, Крониг не опубликовал свою теорию; кроме того, он прекрасно знал
о непреодоленных трудностях, он перечислил их в своем письме ко мне:
"Во-первых, уже упоминавшийся множитель 2. Во-вторых, трудно было понять,
каким образом вращение электрона вокруг своей оси приводит к магнитному
моменту, в точности равному магнетону. В-третьих, необходимость вводить
скорости вращения заряда в электроне классических размеров, превышающие
скорость света. Наконец, малая величина магнитных моментов атомных ядер,
которые в то время предполагались составленными из протонов п
электронов".
Независимо от Кронига голландские физики Уленбек и Гауд-смит [6] также
пришли к мысли, что каждый терм в спектре водорода следует
характеризовать тремя квантовыми числами (/г, Z, /), а не традиционными
двумя, аналогично тому, как каждый терм в атоме щелочного металла
характеризуется тремя квантовыми числами (п, Z, /) с той лишь разницей,
что при данном / два водопойных терма Z=/+1/2 и /=/-V2 совпадают.
246
В. Ван дер Варден
Такие же соображения аналогии привели к сходному заключению и Слетера
[7]. Эти соображения были довольно убедительными, и вывод, сделанный из
них, как мы теперь знаем, оказался правильным. На самом деле этот вывод
является прямым следствием постулата Паули, гласящего, что каждое
электронное состояние характеризуется четырьмя квантовыми числами (л, /,
/, т}).
В тот период (1923-1925 гг.) физики копенгагенской школы пытались
устранить трудности, связанные со структурой мультиплетов и магнитным
расщеплением термов, вводя "немеха-нпческое натяжение" как причину
раздвоения термов. Эта гипотеза была предложена Бором в 1923 г. [8, 9] и
разработана Гейзенбергом в апреле 1925 г. [9]. Хотя вся ситуация вызывала
у Бора [10] чувства "грусти и безнадежности", он все же вплоть до конца
1925t г. придерживался своей гипотезы.
Брешь была пробита в октябре 1925 г. знаменитым письмом Уленбека и
Гаудсмита в Naturwissenschaften, представленным Эренфестом. Авторы не
