Для водородного спектра открытое Штарком действие электрического поля состоит, как известно, в расщеплении отдельных линий на несколько поляризованных компонент. К сожалению, у меня нет времени, чтобы изложить подробно исчерпывающее объяснение эффекта Штарка в водороде, данное Эпштейном и Шварцшильдом вскоре после появления теории тонкой структуры спектральных линий водорода Зоммерфельда. Это объяснение является не только одним из наиболее изящных применений квантовой теории к вопросам строения атома, но имеет существенное значение и для дальнейшего развития теории. Укажу только, что определение стационарных состояний в данном случае существенно отлично от определения состояний в теории тонкой структуры; возмущения, вносимые в почти периодическую орбиту электрона действием внешних электрических сил, имеют совершенно иной характер, чем медленное вращение орбиты, возникающее вследствие зависимости массы электрона от скорости в невозмущённом атоме; это возмущение совершенно ничтожно по сравнению с тем, которое вносится электрическими силами в опытах Штарка. В последнем случае второе квантовое число, фигурирующее при определении стационарных состояний наряду с главным квантовым числом (определяющим в первом приближении энергию атома и большую ось возмущённой орбиты), имеет совершенно иное значение, чем число 𝑘 в теории тонкой структуры. Этот пункт может быть прояснен с помощью принципа соответствия, который, как показал докладчик, даёт простое толкование результатов Эпштейна и Шварцшильда на основании непосредственного исследования возмущений орбиты. В связи с применением принципа соответствия к эффекту Штарка в спектральных линиях водорода нужно особенно отметить, что изучение амплитуд отдельных компонент движения возмущённого атома позволяет, как показал Крамерс, учесть своеобразное распределение интенсивностей между компонентами расщепления линий водорода. В спектрах других элементов мы встречаемся с существенно иными соотношениями; здесь внешние силы не могут полностью нарушить центральный характер движения соответствующего электрона, они только слегка деформируют движение. Отсюда становится понятным, почему на опыте электрические силы оказывают столь малое действие на большинство спектральных линий. В связи с теорией сериальных спектров для нас особенно интересно наблюдение, на которое мы уже указывали, что в таком спектре, как спектр натрия, в присутствии внешних полей возникают новые спектральные серии, соответствующие иным переходам между стационарными состояниями, чем те, которые указаны на схеме. Это как раз отвечает тому, чего можно ожидать на основании принципа соответствия. В результате возмущений, возникших под действием внешних электрических сил, в движении электрона кроме компонент колебаний невозмущённой центральной орбиты появятся новые типы компонент, амплитуда которых пропорциональна интенсивности внешних сил.

Я сожалею также, что время не позволяет мне остановиться подробнее на действии магнитных полей на спектральные линии; это действие открыто Зееманом ровно 25 лет назад. Я укажу лишь, что принцип соответствия позволяет углубить теорию нормального эффекта Зеемана, данную Зоммерфельдом и Дебаем; в таком виде теория сходна со знаменитой теорией Лоренца, предложенной непосредственно после открытия Зеемана; сходство это станет тем более значительным, если принять во внимание большое различие классической электромагнитной теории и теории квантов. Однако я хочу коротко коснуться одного вопроса, важного для последующего изложения и находящегося в близкой связи с проблемой воздействия магнитных полей на спектральные линии, а именно: вопроса о сложном строении линий многих сериальных спектров, на которое я уже указывал. Надо думать, что эта так называемая мультиплетная структура спектральных линий вызывается небольшим отклонением от центральной симметрии силового поля, действующего на последний присоединяемый электрон во время связывания. Причину отклонения нужно искать в конфигурации орбит ранее связанных электронов. В силу этого движение последнего присоединённого электрона не будет происходить в определённой плоскости: плоскость орбиты будет постоянно менять свое положение. Такое движение можно рассматривать как некоторое центральное движение и наложенное на него равномерное медленное вращение вокруг неподвижной оси. Это вращение того же типа, что и вращение, налагающееся на движение атома, по теореме Лармора в классической электромагнитной теории, в случае воздействия однородного внешнего магнитного поля. Кроме двух квантовых чисел 𝑛 и 𝑘 с большой точностью определяющих движение электрона в стационарных состояниях атома в мгновенных плоскостях орбиты, в данном случае потребуется ещё третье квантовое число. Оно определяет ориентацию плоскости орбиты относительно конфигурации ранее связанных электронов так, что результирующий момент импульса атома равняется целому кратному постоянной Планка, делённой на 2π. В связи с вопросом о мультиплетной структуре спектральных линий Зоммерфельд указал, что введение третьего, не определяемого ближе «внутреннего» квантового числа даёт возможность формального истолкования результатов опыта. Далее Ланде, развивая ту же мысль, показал, что третье квантовое число кроме указанного применения позволяет подойти к теории так называемого аномального эффекта Зеемана, опирающейся на условие частот. Этот эффект наблюдается у компонент мультиплетов, и «тип» его, как известно, тесно связан с характером их структуры. Можно задать вопрос о том, какое влияние оказывает отклонение конфигурации внутренних электронов от простой радиальной симметрии на различные типы переходов между стационарными состояниями. Применяя принцип соответствия, можно ожидать, что это влияние на орбиту внешнего электрона (поскольку дело идёт об изменении квантовых чисел 𝑛 и 𝑘 не скажется в появлении новых типов переходов. В отличие от изменений, вызываемых, например, внешним электрическим полем, вращение плоскости орбиты, о котором мы говорили, не влечёт за собой в первом приближении появления новых компонент колебаний; оно вызывает только расщепление каждой компоненты центрального движения на ряд колебаний с мало отличающимися частотами. Эти частоты соответствуют переходам между стационарными состояниями атома, для которых 𝑛 и 𝑘 изменяются одинаково; изменение же третьего квантового числа, определяющего ориентацию плоскости орбиты, различно. Отсюда становится понятным, что отклонение структуры атома от центральной симметрии, которое можно рассматривать как причину мультиплетной структуры линий сериальных спектров, не может вызвать иных типов переходов между стационарными состояниями, кроме тех, которые можно ожидать для чисто центрального движения. Таково же действие внешних магнитных полей; действие же внешних электрических полей, как мы видели, совершенно отлично. ¹

¹ Последующие два абзаца добавлены в кн.: «Drei Aufsätze über Spektren und Atombau».— Прим. peд.

[В выпуске голландского журнала «Physica», посвящённом юбилею открытия Зеемана и появившегося уже после этого доклада, Пашен и Бак сообщают о следующем интересном наблюдении: в магнитном поле появляются новые компоненты мультиплетной структуры, соответствующие переходам, при которых третье квантовое число меняется иначе, чем в невозмущённом атоме. Принцип соответствия даёт простое объяснение этого явления, если предположить, что изменения плоскости орбиты невозмущённого атома в магнитном поле более значительны, чем простое налагающееся вращение, требуемое теоремой Лармора в классической электродинамике. О том, что это обстоятельство является подлинной причиной «аномалии» эффекта Зеемана, говорит и другое многозначительное открытие Пашена и Бака, опубликованное в более ранней работе: эффект Зеемана в спектральных линиях сложного строения испытывает при возрастании напряжённости магнитного поля постепенное изменение такого рода, что картина расщепления всё больше и больше приближается к нормальному эффекту Зеемана для простой линии. Такого результата можно ожидать в том случае, когда влияние внешнего магнитного поля на характер электронной орбиты будет того же порядка величины, что и влияние, вызываемое отклонениями конфигурации внутренних электронов от плоского центрального движения. Легко понять, что в этом случае указанные отклонения уже не будут единственным фактором, определяющим орбиту внешнего электрона по отношению к внутренней системе.