¹ В недавно появившейся работе Ферми (Zs. f. Phys., 1924, 29, 315) сделал попытку построить «теорию торможения быстро движущихся частиц и вызванной ими ионизации. В этой работе совсем не применяется механическое описание соударений. Результат взаимодействия между частицами и атомом сравнивается с действием определённого числа гармонических компонент поля излучения; последние выбраны так, чтобы суперпозиция электрических полей создавала в месте нахождения атома быстро меняющееся электрическое поле, действию которого подвергаются электроны в атоме, вследствие того, что частицы пролетают близко. Оценивая действие этих полей излучения на основе законов поглощения рентгеновских лучей, Ферми получает для общей ионизации хорошее совпадение по порядку величины с результатами эксперимента. Что же касается распределения скоростей электронов, выбитых быстрыми частицами, то расчёты дают результаты, которые сильно отличаются от результатов теории Томсона. Если через 𝑁 обозначить число выбитых электронов, энергия которых находится между 𝐸 и 𝐸+𝑑𝐸, то, согласно последней теории, 𝑁 будет пропорционально 𝐸^-2 в то время как по вычислению Ферми это число должно быть пропорционально приблизительно 𝐸^-4. Такое распределение скоростей кажется несоответствующим данным опытов Вильсона. Эти опыты, как было упомянуто, недавно дали блестящее подтверждение теории Томсона. При таких обстоятельствах вряд ли можно рассматривать как подтверждение использованных Ферми предположений то, что основанная на законе сохранения энергии оценка торможения даёт результаты, приблизительно совпадающие с опытами.

Явления, происходящие при торможении быстро движущихся электрически заряженных частиц, особенно просты потому, что упомянутая выше независимость позволяет просто применить механику при расчёте реакции тормозящих атомов на частицу. При изложенном здесь толковании различие между взаимными и невзаимными явлениями соударения должно было бы носить всеобщий характер. Для первых описание взаимной реакции, по-видимому, возможно при помощи законов сохранения классической электродинамики. Для последних же постулаты квантовой теории приведут к тому, что взаимная реакция частей системы при современном состоянии науки может быть описана лишь с помощью вероятностных законов. При этом законы сохранения прежде всего должны проявлять себя как статистические законы.

При взаимодействии быстро движущихся электрически заряженных частиц с атомами это различие должно проявиться уже для случая, когда при соударении один из электронов будет вырван из атома и получит кинетическую энергию, большую по сравнению с работой отрыва. Как было упомянуто, при описании этого явления мы должны приписать механике во всяком случае асимптотическую достоверность. Однако следует иметь в виду, что, согласно постулату об устойчивости стационарных состояний, ионизированный атом в результате взаимодействия тоже должен приходить в стационарное состояние. Поскольку на основании электродинамики отрыв электрона происходит за время, малое по сравнению с естественными периодами оставшихся в атоме электронов, то мы встречаемся здесь с задачей, имеющей такие же черты невзаимности, как и рассмотренная ранее задача реакции атома при соударениях, в которых согласно механическим вычислениям передаваемая энергия меньше работы отрыва. Поэтому надо быть готовым к тому, что и в случае, когда явления ионизации допускают асимптотическое описание, нам придётся считаться с тем, что законы сохранения будут выполняться не совсем строго.

Хотя применяемое толкование для рассмотренного только что случая в настоящее время не поддаётся экспериментальной проверке, всё же такая проверка была бы, по-видимому, возможна, если бы речь шла об ионизации или возбуждении молекул путём соударений с электронами, имеющими небольшие скорости. Если даже время взаимодействия здесь того же порядка, что и периоды обращения электронов вокруг ядра, оно всё же в общем будет очень малым по сравнению с периодами колебаний ядер друг относительно друга. Отсюда напрашивается вывод, что в результате соударения движение электронов становится соответствующим стационарному состоянию системы, в которой ядра неподвижны на прежнем расстоянии друг от друга. Такое состояние в общем случае не будет соответствовать какому-либо стационарному состоянию молекулы, поскольку для этого необходимо, чтобы и колебания ядер, которые возникнут в результате столкновения, подчинялись бы законам квантовой теории. Однако если учесть, что стационарные состояния, соответствующие колебаниям ядер, в основном зависят от массы ядер, а движение электронов при неподвижных ядрах может зависеть только от заряда ядра, то исходя из нашего объяснения мы должны быть готовы к тому, что в общем случае возникновение стационарных состояний возбуждённой или ионизированной молекулы не может быть описано простым применением законов сохранения. Эта точка зрения могла бы быть непосредственно сопоставлена с опытами по возбуждению полосатых спектров. При этом следует ожидать совершенно других соотношений, чем в опытах по возбуждению сериальных спектров при соударениях электронов с атомами, где была возможна столь простая интерпретация результатов на основе законов сохранения.

Различие между взаимным и невзаимным взаимодействиями должно быть существенным и в случае соударения двух атомов. При обычных, так называемых упругих соударениях, рассматриваемых в кинетической теории газов, имеют дело с типичным проявлением устойчивости стационарных состояний. Вообще же эту устойчивость нельзя описать на основе законов механики. Однако в предельном случае, когда время соударения велико по сравнению с собственным периодом движения частиц в атоме, адиабатический принцип указывает на возможность механического описания. В случае, когда относительная скорость атомов велика, как, например, в опытах с каналовыми лучами, могут проявиться существенные черты невзаимности, хотя обычные упругие соударения имеют взаимный характер. Черты невзаимности в значительной степени должны возникать уже при тепловых скоростях в случае, когда соударение может служить, причиной образования молекулы. Известно, что, согласно механической теории, для образования таких молекул необходимо, чтобы в соударении всегда участвовали три атома. Это связано с тем, что если взаимодействие между атомами можно описать с помощью консервативных силовых полей, то, согласно законам сохранения, два атома оставаться вместе не могут. Однако в квантовой теории существует принципиальная возможность, что соударение двух атомов сопровождается переходом определённых электронов на другие квантовые орбиты. В результате этого поле между ядрами изменяется так, что ядра могут оставаться на конечном расстоянии друг от друга. Однако, согласно постулату о стационарных состояниях, в конце взаимодействия как колебания ядер относительно друг друга, так и вращение системы должны быть квантованы. Так как значение энергий стационарных состояний молекулы образуют дискретный ряд, то ясно, что строгое применение законов сохранения должно требовать, чтобы объединение атомов в молекулу происходило лишь при совершенно особых условиях движения перед соударением, и что, следовательно, вероятность образования молекулы таким путём должна быть исчезающе мала.

На принципиальную возможность рассмотренного здесь поведения атомов при столкновениях и на упомянутую только что трудность недавно указали Борн и Франк ¹. Они предполагают, что при соударениях может образоваться «квазимолекула» с ограниченным временем жизни. В такой квазимолекуле атомы удерживаются вместе, поскольку при сближении атомов происходит перемещение квантовых орбит электронов, независимо от возможности дальнейшего квантования движения ядер в молекуле. Однако время жизни этой молекулы ограничено тем, что полное квантование молекулы происходит внутри временного интервала того же порядка величины, как и периоды колебания и вращения ядер. Если в пределах такого интервала не происходит столкновения с третьим атомом, то, согласно воззрениям Борна и Франка, первые два атома должны снова разойтись. Принятое этими авторами условие «независимости», согласно которому квантование движения электронов предшествует квантованию движения ядра, такого же рода, как и те допущения, которые в рассмотренной выше задаче привели нас к необходимости допустить, что законы сохранения перестают быть справедливыми. Если соударения предположенного Борном и Франком типа существуют, то с нашей точки зрения результатом их должно быть образование устойчивой молекулы. Но что касается колебания и вращения ядра, то стационарное состояние молекулы не будет однозначно связано с относительным движением атомов перед соударением, а конечный результат процесса может быть описан только с помощью вероятностных законов.