В только что появившейся интересной статье Гейзенберга делается попытка точного теоретического рассмотрения аномального эффекта Зеемана и постепенного изменения картины расщепления при возрастающем магнитном поле. В отношении происхождения мультиплетной структуры сериальных линий (вызываемой, как мы уже говорили, отклонениями от центральной симметрии в результате воздействия внутренней системы, образованной ядром и ранее связанными электронами) Гейзенберг придерживается взгляда, что причина её в значительной мере в магнитном взаимодействии внутренней системы и внешнего электрона. Исходя из этого воззрения, Гейзенберг пытается объяснить упомянутые выше формальные результаты Ланде о расщеплении в слабом магнитном поле так же, как и формальное истолкование (с точки зрения квантовой теории) изменения характера расщепления в возрастающих полях, данное недавно Зоммерфельдом в связи с известной теорией связи Фогта (ср. статью 14, стр. 282). Хотя Гейзенберг и получил во многих отношениях благоприятные результаты, однако способ использования им квантовой теории в некоторых случаях едва ли совместим с общими предпосылками, лежащими в основе применений квантовой теории, с которыми мы познакомились выше и о которых будем говорить далее. Однако из такого положения дел нельзя слишком поспешно делать вывод о несправедливости принципов квантовой теории; скорее наши теперешние знания законов, управляющих магнитными свойствами атомов, недостаточны. Мы уже говорили в другом месте доклада, что не следует забывать, что постулаты квантовой теории указывают на необходимость коренного изменения классического понимания магнитных свойств системы движущихся электрических частиц. Общее обсуждение этих вопросов и подробное обсуждение деталей дано автором в докладе, недавно прочитанном в Физическом обществе в Лондоне. Доклад будет скоро напечатан в Известиях общества¹].

¹ Статья 20.— Прим. ред.

В связи с этими вопросами замечу, что вопреки часто встречающемуся мнению простое применение закона сохранения момента импульса к процессам излучения ещё не в состоянии объяснить ограничение возможных переходов между стационарными состояниями, характеризующее наблюдаемые сериальные спектры, как видно из схемы. В связи с упомянутыми выше работами Зоммерфельда и Ланде мы должны предполагать, что «мультиплетность» спектральных термов, соответствующих различным значениям 𝑛 и 𝑘, сказывающаяся в структуре отдельных спектральных линий, должна приписываться стационарным состояниям с различными значениями полного момента импульса атома; плоскость электронной орбиты у этих стационарных состояний должна быть различным образом ориентирована относительно конфигурации ранее связанных электронов. Соображения о сохранении момента импульса в процессе излучения, указанные докладчиком для подкрепления некоторых выводов из принципа соответствия и одновременно независимо от этого принципа развитые Рубиновичем, не могут, следовательно, объяснить ограничение возможных комбинаций, сказывающееся в изложенном выше простом строении сериальных спектров и изменении их под действием внешних сил. Эти соображения, представляющие сами по себе большой принципиальный интерес, могли бы быть использованы в связи с объяснением сериальных спектров только для понимания ограничений возможных комбинаций, которые проявляются в своеобразных законах о числе компонент мультиплетов. В этом направлении соображения об изменении момента импульса в процессе излучения непосредственно подтверждают указанные выше следствия принципа соответствия.

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ

Доказанное соответствие между движением последнего присоединённого электрона и возникновением переходов между стационарными состояниями, относящимся к различным стадиям процесса связывания, позволяет, как мы увидим ниже, сделать выбор среди чрезвычайно многочисленных возможностей, представляющихся при рассмотрении образования атома путём присоединения и связывания электрона. Среди различных мыслимых процессов, которые можно ожидать внутри атома на основании постулатов квантовой теории, мы вправе исключить процессы, наличие которых не согласуется с принципом соответствия.

При рассмотрении образования атома нам нет надобности долго останавливаться на связывании первого электрона. Конечный результат такого процесса — то состояние атома, энергия которого определяется формулой (5), если мы подставим в неё 𝑛 = 1, или, точнее, формулой (11), где нужно подставить 𝑛 = 1 и 𝑘 = 1; электронная орбита в этом случае представляет собой круг, размеры которого определяются формулой (10) при 𝑛 = 𝑘 =1. Такую орбиту мы называем одноквантовой; если главное квантовое число имеет значение 𝑛 мы будем вообще говорить о 𝑛-квантовой орбите. В применениях, когда окажется существенным различать орбиту, характеризуемые различными значениями квантового числа 𝑘, мы будем называть орбиту, определяемую квантовыми числами 𝑛 и 𝑘, «𝑛_𝑘-й орбитой».

Переходя к связыванию второго электрона, мы встречаемся сразу с значительно более сложной задачей. Мы можем получить сведения об этом процессе из дугового спектра гелия. В отличие от остальных простых спектров данный спектр состоит из двух систем линий, каждая из которых определяется формулами типа (12). На этом основании прежде думали, что гелий — смесь двух газов: «ортогелия» и «парагелия». В настоящее время мы знаем, однако, что два спектра означает только то, что связывание второго электрона может происходить двумя различными способами. Ланде в интересной работе пытался теоретически уяснить основные черты спектра гелия. Он считает, что спектр ортогелия излучается при переходах между стационарными состояниями, в которых оба электрона вращаются к той же плоскости и в том же направлении вокруг ядра; электрон, присоединённый вторым, движется по орбите, охватывающей орбиту первого электрона. В состояниях, соответствующих спектру парагелия, по представлениям Ланде, орбиты обоих электронов образуют между собой некоторый угол. Более подробное исследование взаимодействия двух орбит в стационарных состояниях атома гелия выполнено докладчиком в совместной работе с д-ром Крамерсом. Результаты нашего исследования, начатого задолго до появления работы Ланде, ещё не опубликованы. Не вдаваясь в подробности, я упомяну, однако, что хотя наши выводы во многих пунктах существенно отличаются от результатов Ланде (ср. статью 14, стр. 280), тем не менее они согласуются с общими заключениями о происхождении спектров орто- и парагелия.

В теснейшей связи с соображениями о возникновении спектра гелия стоит вопрос о конечном результате связывания второго электрона в атоме. Этот пункт выясняется важными опытами Франка и его сотрудников. Как известно, этому исследователю удалось в последние годы при изучении бомбардировки атомов электронами с различными скоростями чрезвычайно интересным образом выяснить важные особенности устойчивости атомов и возникновения спектров. Опыты показали, что атомы гелия, подвергнутые бомбардировке электронами, могут переводиться в состояние, которое Франк назвал «метастабильным». Атом не может перейти из этого состояния в нормальное простым процессом, сопровождающимся излучением: переход возможен только путём, аналогичным химической реакции, так как для его осуществления требуется наличие атомов других элементов. Этот результат тесно связан с тем обстоятельством, что связывание второго электрона в атоме гелия может происходить двумя способами, как мы это знаем на основании спектра. Из опытов Франка следует, что нормальное состояние атома соответствует процессу связывания электрона, сопровождающемуся излучением со спектром парагелия. При этом второй электрон так же, как и первый, связывается на 1₁-орбиту. Упомянутое выше метастабильное состояние, наоборот, соответствует процессу, сопровождающемуся излучением со спектром ортогелия; при этом второй связываемый электрон в отличие от первого будет двигаться по 2₁-орбите, прочность связи электрона на которой приблизительно в 6 раз меньше, чем электронов в нормальном состоянии атома.