Страница 79 из 161
Немедленно после этого открытия немецкий физик Рмиль Варбург (1846 1931) Рё Бор представили РІ 1914 Рі. объяснение этого эффекта РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ модели атома Бора. Однако РѕРЅРѕ давало лишь качественное согласие СЃ экспериментальными результатами, С‚.Рµ. давало понимание, почему электрическое поле расщепляет энергетические СѓСЂРѕРІРЅРё РЅР° несколько подуровней, РЅРѕ РЅРµ давало точных значений этого расщепления.
Р’ 1916 Рі., используя более тонкую модель эллиптических РѕСЂР±РёС‚, Рџ. Дебай (18841966), нобелевский лауреат РїРѕ С…РёРјРёРё 1936 Рі., Рё Зоммерфельд сумели дать объяснение нормальному эффекту Зеемана, однако аномальный эффект Зеемана РІСЃРµ еще оставался загадкой. Рта проблема РЅРµ была решенной, РєРѕРіРґР°, примерно РІ 1920 Рі., Зоммерфельд предложил использовать эмпирическое объяснение, принимая РІРѕ внимание экспериментальные данные. РћРЅ получал СѓСЂРѕРІРЅРё энергий РёР· частот наблюдаемых спектральных линий, находя затем квантовые числа, идентичные РёРј. Рто позволяло предсказать переходы СЃ помощью подходящих правил отбора.
Следуя такой методологии, Зоммерфельд ввел РЅРѕРІРѕРµ квантовое число, которое РѕРЅ назвал внутренним квантовым числом. Позднее РїРѕ предложению Бора его стали обозначать Р±СѓРєРІРѕР№ j. Затем была разработана модель, названная векторной моделью, РІ которой число Сѓ представлялось СЃСѓРјРјРѕР№ вектора углового момента электрона Рё углового момента остального атома, который создается СЏРґСЂРѕРј Рё остающимися электронами. Рти РґРІР° момента складываются согласно сложным квантовым правилам.
Тем временем А. Ланде (18881975) стремился получать решение для аномального эффекта Зеемана, но привел ситуацию в непонятное состояние, когда он показал, что в некоторых случаях квантовые числа, связанные с магнитным поведением, могут иметь получисленные значения. Во всех этих, все еще непостижимых, исследованиях появилась идея, что орбита электрона обладает квантованным положением в пространстве. Таким образом, получила развитие идея пространственного квантования. Прямое подтверждение этому было дано в 1921 г. Отто Штерном (1888-1969) и Вальтером Герлахом (1889-1979).
Пространственное квантование
Отго Штерн после получения докторской степени РІ университете Бреслау РІ 1912 Рі. последовал Р·Р° Рйнштейном РІ Прагу (1912) Рё РІ Цюрих (19121914). Р’ 1914 Рі. РѕРЅ стал приват-доцентом университета Франкфурт-РЅР°-Майне. Р’Рѕ время Первой РјРёСЂРѕРІРѕР№ РІРѕР№РЅС‹ РѕРЅ был солдатом. Его назначали профессором разных немецких университетов, РІ конце концов, РІ Гамбурге. Возвратившись СЃ РІРѕР№РЅС‹ РІРѕ Франкфурт, РѕРЅ посвятил себя разработке метода молекулярных пучков. Р’ этом методе, который требует получения очень высокого вакуума, получается пучок СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕ летящих молекул или атомов. Наиболее важным требованием является проведение эксперимента РІ исключительно чистых условиях, подобных тем идеальным условиям, которые предполагаются РІ теории. Штерн Рё его сотрудники изучили основные положения, относящиеся Рє кинетической теории газов, доказали пространственное квантование, измерили магнитный момент протона, проверили соотношение РґРµ Бройля для волн атомов гелия Рё РґСЂ.
Он покинул Германию в оппозиции к Гитлеру в 1933 г. и эмигрировал в США, где стал работать в �нституте Технологии Карнеги в Питсбурге. Он получил Нобелевскую премию по физике за свои исследования молекулярных пучков.
Первой работой Штерна с молекулярными пучками было прямое подтверждение закона распределения по скоростям Максвелла и измерение средней скорости молекул.
Макс Борн (18821970), который был в университете Франкфурта в 1919 г. профессором теоретической физики, вспоминал, что он был так восхищен идеей такого измерения, что предоставил в распоряжение Штерна все возможности своей лаборатории, мастерских и механиков. Штерн был не очень умелым в работе руками, но он очень хорошо знал, как руководить техником, который мог сделать все. Позднее, в 1920 г., Вальтер Герлах, прекрасный экспериментатор, прибыл во Франкфурт, и Борн чрезвычайно обрадовался этой новости. Он воскликнул: Слава Богу, теперь у нас есть, кто знает, как проводить эксперимент, давай, парень, помоги нам! Вальтер Герлах получил докторскую степень по физике в университете Тюбингена в 1912 г. Во время службы в армии в Первой мировой войне он работал с Вильгельмом Вином над разработкой беспроволочной телеграфии. После короткого периода работы в промышленности он пришел во Франкфурт. Он уже имел дело с атомными пучками, когда работал в Тюбингене у Фридриха Пашена, и спроектировал эксперимент по изучению отклонения пучка атомов висмута в неоднородном магнитном поле с целью определения магнитных свойств.