¹ Следующее два абзаца добавлены в сб.: «Drei Aufsätze...» — Прим. ред.

[В новой статье Костера, появившейся в последнее время в журнале «Philosophical Magazine», удалось установить для большого числа элементов детальную связь между структурой рентгеновских спектров и представлениями о строении атома, развитыми в настоящем докладе. Прежние измерения спектров тяжелых элементов привели Костера и независимо от него Вентцеля к дополнению классификации рентгеновских линий, которые иллюстрируются приведённой на рис. 5 схеме для радона. Вертикальные стрелки на этой схеме обозначают наблюдаемые линии, соответствующие комбинациям энергетических уровней, представленных горизонтальными линиями; для ясности изображения относительные разности между уровнями на схеме не соответствуют точно действительным разностям энергий. Цифры, поставленные слева от горизонтальных линий, изображающих энергетические уровни, указывают тип орбиты 𝑛_𝑘 в нашем обычном обозначении. Буквы 𝑎 и 𝑏 отмечают упомянутые выше правила возможных комбинаций между уровнями. Эти правила так ограничивают возможные комбинации: 1) исключаются комбинации между уровнями, у которых значения 𝑘 отличаются более чем на единицу, 2) комбинации могут иметь место только между одним из уровней 𝑎 и одним из уровней 𝑏. Вентцель дал несколько отличную формулировку последнего правила, основанную на формальном введении третьего квантового числа. Костер в новой работе, охватывающей измерения для большого числа элементов, получил соответствующую классификацию и для лёгких элементов. Результаты, полученные для элементов, близких к ксенону и криптону, представлены схемами на рис. 6. Мы видим, что как на рис. 6, так и на рис. 5 уровни соответствуют как раз тем типам орбит, которые нужно ожидать в атомах этих элементов, согласно таблице на стр. 363. Это соответствие тем более существенно, что для лёгких элементов можно достичь некоторой полноты классификации линий, в особенности, как видно из схем, в отношении линий, отвечающих комбинациям уровней с наименьшей прочностью связи. Далее Костер нашёл те места в периодической системе, где в первый раз появляются различные уровни, наличие которых отличает схемы одну от другой.

Рис. 5

Рис. 6

Эта часть исследования также приводит к результатам, тесно связанным с представлениями, развитыми в настоящем докладе о ступенчатом образовании электронных конфигураций в атоме при возрастании атомного номера. Изменение силы связи внешних электронных групп вблизи редких земель, где происходит завершение внутренней четырёхквантовой электронной группы, обнаруживает такой ход при возрастании атомного номера, который весьма интересно подтверждает теоретические представления. Но за подробностями мы отсылаем читателя к обстоятельному анализу результатов в самой статье Костера. В связи с вопросом о классификации рентгеновских спектров интересно указать на новую работу Вентцеля, в которой также имеется дополнительный материал для систематического обзора рентгеновских спектров. Вентцель показывает, что некоторые линии, которые не находят места в упомянутых выше классификациях, сводятся весьма естественно к процессам перестройки, возникающим при удалении более чем одного электрона из атома; эти линии в некотором отношении являются аналогами искровых линий оптических спектров.]

Изложенная здесь интерпретация мулыпиплетной структуры уровней энергии рентгеновских лучей весьма сходна с изложенным выше объяснением мультиплетности термов сериальных спектров. Между тонкой структурой рентгеновских спектров, связанной с мультиплетной структурой уровней, и сложным строением линий сериальных спектров имеется, однако, следующее различие: у рентгеновских спектров в отличие от оптических спектров, возникающих при обычных условиях, возможны не только комбинации между спектральными термами (уровнями), в которых 𝑘 изменяется на единицу, но также и в тех случаях, когда 𝑘 остаётся неизменным. Нужно думать, что это происходит по той причине, что в рентгеновских спектрах в отличие от сериальных мы имеем дело с переходами между стационарными состояниями, при которых электрон (с изменением количества движения которого связано излучение) как до, так и после перехода находится в тесном взаимодействии с электронами на орбитах с тем же главным квантовым числом. С одной стороны, приходится предполагать такие формы взаимодействия, что, вообще говоря, компоненты колебаний электрона, имеющиеся в отсутствие остальных электронов, должны сохраниться в результирующемся моменте атома. С другой стороны, нужно ожидать, что взаимодействие электронов вызовет появление и новых типов компонент колебаний в моменте атома. Это обстоятельство объясняет, почему при поглощении излучения электрон может быть освобождён различными способами от взаимодействия с другими эквивалентно связанными электронами той же подгруппы (мультиплетность уровней); кроме того, мы получаем точку опоры для истолкования наблюдаемых комбинаций уровней.

Этим я и ограничусь в изложении объяснения рентгеноспектроскопических явлений. Прежде чем закончить доклад, мне хотелось бы ещё раз подчеркнуть связь этого объяснения с предыдущими соображениями о характеристических химических свойствах элементов периодической системы. То обстоятельство, что мы пользуемся тем же применением квантовой теории к условиям устойчивости атома для интерпретации обеих групп явлений, имеет огромное значение для суждения о реальности наших соображений. Утверждение о том, что основной путеводной нитью при исследовании строения атома должны служить соображения об образовании атома путём последовательного присоединения электронов, могло бы показаться сомнительным, если бы оно не находило полного подтверждения в соображениях о перестройке атома при возмущениях, вызываемых в сформированном атоме внешними воздействиями. Таким образом, существует некоторая внутренняя связь в представлениях о строении атома, как это мы пытались показать. С другой стороны, очевидна незаконченность наших соображений в двух направлениях: в отношении разработки деталей и в отношении обоснования общих исходных положений. Однако, по-видимому, нет другого пути для продвижения в области изучения атома, кроме того, которому следовали до сих пор, пути напряжённого одновременного развития наших представлений в обоих направлениях.

1922

20 О ПРИНЦИПЕ ОТБОРА В КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ ^*

^*On the Selection Principle of the Quantum Theory. Phil. Mag., 1922, 43, 1112—1116.

В заметке, озаглавленной «Важное исключение из принципа отбора» и опубликованной в апрельском номере этого журнала, П. Фут, Ф. Молер и В. Меггере описывают некоторые интересные эксперименты по возбуждению линий спектра калия в дуговом разряде; они приходят к выводу, что результаты этих экспериментов ставят под сомнение общие принципы, с помощью которых законы формирования сложных спектров интерпретируются в рамках квантовой механики. Я попытаюсь вкратце объяснить, что рассматриваемые результаты, как мне кажется, не дают достаточного основания для такого вывода.

В соответствии с идеями квантовой теории каждая линия спектра, подобного дуговому спектру калия, испускается атомом во время процесса перехода между двумя из множества стационарных состояний. В таких состояниях один электрон движется по орбите, размеры которой велики по сравнению с размерами орбит других электронов в атоме, образующих вместе с ядром, так сказать, внутреннюю систему. В первом приближении орбита внешнего электрона будет плоской периодической орбитой, которая, кроме того, равномерно вращается в своей плоскости. Поэтому для стационарных состояний внешнего электрона движение в первом приближении задаётся известным способом с помощью двух квантовых чисел, которые можно обозначить 𝑛₁ и 𝑛₂. При этом 𝑛₁ определяется некоторым условием, связанным с радиальные движением электрона; 𝑛₂ задаёт момент импульса электрона относительно центра орбиты, согласно условию, что этот момент равен 𝑛₂ℎ/2π Предполагается, что эти числа связаны со спектральными термами таким образом, что 𝑛₁ возрастает на единицу, когда в пределах некоторой серии термов мы переходим от одного её терма к следующему, тогда как 𝑛₂ остаётся постоянным для каждой серии термов и возрастает на единицу, когда мы переходим от 𝑆-термов к 𝑃-термам, от 𝑃-термов к 𝐷-термам и т.д. Однако эта классификация термов имеет отношение только к структуре спектров в целом. Для того чтобы учесть сложную структуру линий (дублеты, триплеты), надо рассмотреть более сложные детали всего набора стационарных состояний. Они возникают за счёт усложнения движения внешнего электрона вследствие малого отклонения симметрии внутренней системы от центральной. Это приводит к появлению слабой прецессии плоскости орбиты внешнего электрона вокруг оси, совпадающей с направлением момента импульса атома. Вследствие такого усложнения движения при задании стационарных состояний придётся ввести третье квантовое число 𝑛₃, которое фиксирует ориентацию плоскости вращения внешнего электрона относительно оси внутренней системы при помощи условия равенства полного момента импульса атома величине 𝑛₃ℎ/2π. Это третье квантовое число связано со сложной структурой всего набора спектральных термов зa счёт того, что компоненты некоторого набора термов с одинаковыми значениями 𝑛₁ и 𝑛₂ различаются значениями 𝑛₃.