Избранные научные труды. Том 1

Эти теоретические предсказания полностью подтверждаются экспериментами Штарка и других исследователей, которые показали, что действие электрического поля на линии оказывается того же порядка величины, что и в случае водорода, только у тех линий, для которых по крайней мере один из двух рассматриваемых спектральных термов весьма близок к водородному терму с таким же квантовым числом. В то же время для тех линий, где оба терма далеки от водородных термов, эффект очень мал, если вообще доступен измерению.

Проблема влияния электрических полей на спектральные линии может быть рассмотрена более подробно с точки зрения как теоретических предсказаний, так и подтверждения их экспериментальными данными. Однако это заведёт нас слишком далеко в детали этих вопросов. Тем не менее я упомяну одну очень важную характерную черту, выявленную экспериментами Штарка, а именно — образование новых комбинационных линий под воздействием поля. Это явление получает немедленное объяснение в рамках теории. Действительно, как было упомянуто, электрическое поле не меняет типа движения электрона в первом приближении; тем не менее вследствие возмущений будут появляться новые гармонические компоненты в движении, амплитуды которых пропорциональны электрическому полю, а частоты равны суммам или разностям частот гармонических компонент, присутствовавших в невозмущённом движении. Благодаря этим новым колебаниям, которые аналогичны «комбинационным тонам», хорошо известным в акустике, у атома появится возможность совершать, помимо обычных переходов, приводящих к обычным спектральным линиям при наличии поля, также новые переходы, приводящие к новым спектральным линиям, с частотами, равными сумме или разности частот линий, появляющихся в невозмущённом спектре ¹. Во всех доступных сейчас экспериментальных данных эти предсказания выполняются как в отношении положения этих новых линий, так и в отношении их интенсивностей, оценённых с помощью принципа соответствия. Наблюдение таких «истинных» комбинационных линий обычно рассматривается как одно из наиболее сильных подтверждений справедливости комбинационного принципа, хотя в то же самое время кажущаяся «капризность» их появлений накладывает отпечаток таинственности на применение этого принципа. Однако сегодня уже видно, что квантовая теория не только даёт формальную интерпретацию комбинационного принципа, но и помогает существенно развеять налёт таинственности, окружающий его применение.

¹ См. I, стр. 36 и 108.

Рассматривая далее действие однородного магнитного поля, мы обнаруживаем, что применение законов электродинамики совместно с принципом соответствия приводит к очень простым заключениям. Действительно, совершенно независимо от характера движения электронов в отсутствие поля из теоремы Лармора следует ожидать, что эффект поля будет проявляться просто в наложении равномерного вращения всего атома вокруг оси, параллельно полю. Так же, как и в случае водорода, это дополнительное вращение приведёт к появлению нового квантового условия, состоящего в том, что окажутся возможными только те ориентации атома относительно поля, при которых компонента полного момента импульса атома, параллельная полю, равна целому кратному величины ℎ/2π. Более того, согласно принципу соответствия, влияние добавочного вращения на каждую из гармонических компонент движения атома в отсутствие поля будет проявляться в расщеплении каждой линии на нормальный лоренцовский триплет.

Однако, как уже упоминалось в начале этой лекции, эти теоретические предсказания выполняются только частично. Тогда как все спектры, состоящие из одиночных линий, действительно, обнаруживают нормальный эффект, в спектрах более сложных типов, как известно, проявляется так называемый аномальный эффект Зеемана. Согласно принципу соответствия, это можно рассматривать как доказательство того, что для спектров такого типа в противоречии с законами классической электродинамики магнитное поле будет влиять не только на движение атома как целого, но и затрагивать непосредственно взаимосвязь различных электронов в атоме. Это особенно ярко проявляется в том, каким образом аномальный эффект Зеемана постепенно меняется при увеличении напряжённости магнитного поля. Впервые это явление наблюдалось Пашеном и Баком ¹. Точно так же это можно проследить по появлению в присутствии поля новых компонент в спектре, обладающем сложной структурой, как это было отмечено теми же авторами. Последнее явление можно рассматривать как полный аналог возникновения новых спектральных линий в присутствии внешних электрических полей. В то же время эти эффекты ясно показывают, что магнитное поле не воздействует непосредственно на те свойства движения, которые задаются главным квантовым числом