Теоретическая физика 20 века - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
знали об идеях Кронига; они, как и Крониг, исходили из четырех квантовых
чисел Паули и предлагали интерпретировать s и ms как квантовые числа,
характеризующие вращательное состояние электрона. Для объяснения
аномального эффекта Зеемана они предположили, что отношение магнитного
момента электрона к механическому моменту вдвое больше, чем в орбитальном
движении. Взаимная ориентация векторов спина и орбитального момента была
причиной релятивистского дублетного расщепления.
В речи, произнесенной в Лейдене в 1955 г. по случаю занятия профессорской
кафедры Лоренца, Уленбек рассказал об открытии и публикации гипотезы о
вращающемся электроне:
"Гаудсмит и я пришли к этой идее, изучая статыо Паули, в которой был
сформулирован знаменитый принцип запрета и электрону впервые
приписывались четыре квантовых числа. Вывод Паули был довольно
формальным; он не связывал никакой конкретной картины со своим
предложением. Для нас оно казалось загадкой. Мы свыклись с
представлением, что каждому квантовому числу соответствует степень
свободы, и, с другой стороны, с точечностыо электрона, который, очевидно,
имел лишь три степени свободы, и не могли найти места для четвертого
квантового числа. Мы могли принять его только в том случае, если
электрон. является маленькой сферой, способной вращаться...
Несколько позже мы обнаружили из работы Абрагама (па которую обратил наше
внимание Эренфест), что множитель 2 в магнитном моменте вращающейся сферы
с поверхностным зарядом можно понять классически. Это ободрило пас, но
наш энтузиазм в значительной мере остыл, когда мы обнаружили, что
скорость вращения
Принцип запрета и спин
24
на поверхности электрона должна во много раз превышать скорость света! Я
помню, что основные соображения пришли нам в голову как-то во второй
половине дня в конце сентября 1925 г. Мы были взволнованы, но не имели ни
малейшего намерения что бы то ни было предавать гласности. Это казалось
столь необоснованным и дерзким, что где-то, несомненно, должна была
таиться ошибка, да и Бор, Гейзенберг и Паули, наши большие авторитеты,
никогда не предлагали ничего подобного. Но мы, конечно, рассказали обо
всем Эренфесту. Он сразу заинтересовался, главным образом, я думаю,
благодаря наглядному характеру гипотезы, бывшей вполне в его духе. Он
обратил наше внимание на несколько пунктов (в частности, указал, что в
1921 г. Комптон предлагал идею о вращающемся электроне в качестве
возможного объяснения естественной единицы магнетизма) и, наконец,
заявил, что это либо очень важно, либо чепуха, и что мы должны написать
короткое письмо для Naturwissenschaften и отдать ему. Он кончил словами
v...und dann werden wir Hern Lorentz fragen" (нужно спросить герра
Лоренца). Так и поступили. Лоренц встретил нас с присущим ему радушием и
вниманием и очень заинтересовался нашей идеей, хотя, я думаю, в душе
относился к ней несколько скептически. Он обещал нам подумать над этим. И
действительно, уже через неделю он передал нам написанную замечательным
почерком рукопись, содержавшую длинные расчеты электромагнитных свойств
вращающегося электрона. Мы не вполне поняли их, но было очевидно, что
представление о вращающемся электроне, если его принимать всерьез,
связано с большими трудностями. Например, магнитная энергия электрона
должна быть столь велика, что его масса по принципу эквивалентности
должна превосходить массу протона, или, если принять известное значение
массы, его размеры должны превосходить размеры атома! И то\и другое
казалось бессмыслицей. Мы с Гаудсмитом чувствовали, что, быть может, пока
лу*пне воздержаться от каких-либо публикаций, но когда мы сказали о своем
намерении Эренфесту, он ответил: уже давно отправил ваше письмо в печать,
вы оба достаточно молоды, чтобы позволить себе сделать глупость!*ь".
Гейзенберг поздравил Гаудсмита со смелой работой и спросил, как тот не
побоялся выбросить лишний множитель 2 в формуле для дублетного
расщепления (т. е. в той самой формуле, которую Крониг вывел и сообщил
Паули, Гейзенбергу и Крамерсу). 13 письме Гейзенберга (от 21 ноября 1925
г.) вывода этой формулы не содержалось. Уленбек в своем письме ко мне
рассказывает:
"Получив этот результат от Гейзенберга, мы попытались вывести его сами.
Существенную помощь нам оказал Эйнштейн, бывший в то время в Лейдене,
который посоветовал перейти в систему координат, где электрон покоится, и
рассмотреть, как преобразуется кулоново поле. Выкладки после этого стали
вполне очевидными".
Таким образом, Эйнштейн, Уленбек и Гаудсмит вывели заново формулу Кронига
для дублетного расщепления с лишним
248
В. Ван дер Варден
множителем 2 при помощи такого же преобразования Лоренца, какое
использовал Крониг. Именно это объяснение дублетного расщепления склонило
Бора к гипотезе вращающегося электрона. Бор пишет в письме к Кронигу:
"Когда я приехал в Лейден на торжества, посвященные Лоренцу (декабрь 1925
г.), Эйнштейн спросил меня сразу, как только я его увидел, что я думаю о
