Теоретическая физика 20 века - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
вращающемся электроне. На мой вопрос о причине взаимодействия направления
спина с орбитальным движением, он ответил, что это взаимодействие
является непосредственным следствием теории относительности. Его
замечание было полным откро-. вением для меня, и с тех пор я никогда не
сомневался, что нашим затруднениям пришел конец".
В письмах к Паули (от 24 ноября) и Гаудсмиту (от 9 декабря) Гейзенберг
выдвинул ряд возражений против идеи о вращающемся электроне, и главным
среди них снова был множитель 2. Однако под влиянием оптимизма Бора
Гейзенберг уже к 24 декабря изменил свое мнение.
А Паули остался при своем. Он встретил на гамбургском вокзале Бора, когда
тот ехал из Копенгагена в Лейден, и строго-настрого предостерег его
против гипотезы о спине. После возвращения Бора из Лейдена Паули встретил
его в Берлине, выразил в резких словах разочарование по поводу его
отступничества и высказал сожаление, что в атомной физике возникает новая
"ересь".
Из писем Паули к Бору и из его Нобелевской лекции мы можем заключить, что
основные возражения Паули против гипотезы о спине сводились к следующему:
1) лишний множитель 2 в формуле для дублетного расщепления, который не
был устранен даже когда Паули и Гейзенберг проделали все вычисления
заново, пользуясь новой квантовой механикой Гейзенберга; 2) классический
характер гипотезы о вращающемся электроне. Сократов демон *) Паули, его
интуиция (как мы говорим сегодня) подсказывал ему, что "двузначность
электрона" является типично квантовым эффектом, который нельзя описать на
языке классической механики.
Наконец, множитель 2 был . устранен Томасом. Корректно пользуясь методами
релятивистской механики, Томас получил правильное значение для дублетного
расщепления. Свою первую статью он написал в феврале 1926 г. в институте
Бора в Копенгагене.
г) Сократ говорил о некоем внутреннем голосе-"демоне", который якобы
должен направлять мысли и определять деятельность человека.- Прим. ред.
Принцип запрета и спин
249*
Именно вычисления Томаса заставили Паули в марте 1926 г. согласиться с
Идеей о вращающемся электроне. В Нобелевской лекции он пишет:
"Хотя сначала я сильно сомневался в этой идее ввиду ее классического
характера, но в конце концов все же стал ее сторонником, после того как
Томас вычислил величину дублетного расщепления. С другой стороны, мои
прежние сомнения, а также осторожное выражение "двузначность, не
поддающаяся классическому описанию" в дальнейшем получили известное
подтверждение, так как Бор показал с помощью волновой механики, что спин
электрона нельзя измерить в классически описываемых опытах...".
Гипотеза о вращающемся электроне состоит из трех утверждений: 1) электрон
вращается, 2) он обладает механическим моментом с составляющей по
заданному направлению -
3) он обладает магнитным моментом, равным 2 ms.
Паули неохотно принял первое утверждение из-за его классического
содержания. Мы знаем теперь, что он был прав. Спин нельзя описать
классической кинематической моделью, поскольку такая модель никогда не
может привести к двузначным представлениям группы вращения.
Логически Паули мог бы принять второе и третье утверждения, не принимая
первого. Трудно, однако, говорить о моменте количества движения, не думая
о вращении. Крониг, как и Уленбек с Гаудсмитом, вводил все три гипотезы
как одно целое.
Основной причиной, по которой Паули сомневался во всех трех утверждениях,
было появление множителя 2 в расчетах дублетного расщепления, выполненных
Кронигом. Паули знал, что поведение щелочного атома в магнитном поле
можно объяснить, если приписать электрону квантованный магнитный момент,
равный одному магнетону. Но магнитный момент того же электрона в поле
ядра, казалось, был равен только половине магнетона. После расчетов,
проведенных Томасом, стало ясно, что электрон во всех случаях ведет себя
как магнит с моментом, равным одному магнетону. Поэтому Паули согласился
со вторым и третьим утверждениями и принял первое в качестве
предварительной гипотезы, зная, что квантовой механикой уже создана
совершенно новая ситуация.
Отношение Паули к наглядной картине вращающегося электрона в тот
переломный год ярко раскрывается следующим замечанием, содержащимся в его
статье, посвященной семидесятилетию Нильса Бора [И]:
"После короткого периода идейного разброда и разногласий, вызванных
временным ограничением "наглядности", было достигнуто'
250
Б. Ван дер Варден
общее согласие о замене конкретных образов абстрактными математическими
символами, например г|). В частности, конкретный образ вращения в
трехмерном пространстве был заменен математическими характеристиками
представления группы вращений".
Мы видели, что сомнения Паули, Гейзенберга и Кронига во многих отношениях
подтвердились. Лоренц также имел серьезные сомнения, которые в то время
были вполне обоснованы. По-моему, нет основания упрекать Паули и
Гейзенберга в том, что они не заставили Кронига опубликовать свои
