Страница 83 из 161
Спин электрона
Окончательная модификация старой квантовой теории СЃ последующими объяснениями экспериментальных наблюдений была обеспечена РІ РЅРѕСЏР±СЂРµ 1925 Рі. Р“. Уленбеком (1900-1988) Рё РЎ. Рђ. Гоудсмитом (1902-1978), которые открыли, что электрон вращается РІРѕРєСЂСѓРі своего центра РїРѕРґРѕР±РЅРѕ Земле Рё подобен маленькому элементарному магниту. Величину, характеризующую это вращение электрона, называют его СЃРїРёРЅРѕРј, Р° характеризующую его магнитные свойства его магнитным моментом. Уленбек Рё Гоудсмит нашли, что СЃРїРёРЅ электрона РІ соответствующих единицах имеет значение h/4π. Р’ то время РёРј было РїРѕ 20 лет, Рё РёС… открытие было следствием скрупулезных изучений атомных спектров.
Георг Уленбек родился РІ Батавии (теперь Джакарта) РІ семье голландского военного Рё некоторое время оставался РІ Голландской Р�РЅРґРёРё (теперь Р�ндонезия). Поэтому молодой Георг поступил РІ начальную школу РЅР° Суматре. Р’ 1907 Рі. его семья переехала РІ Нидерланды Рё поселилась РІ Гааге. Р’ 1919 Рі. Уленбек поступил РІ Лейденский университет для изучения физики Рё математики Сѓ Пауля Рренфеста, Сѓ голландского физика Хайке Камерлинг Оннеса (18531926) (первооткрывателя РІ области РЅРёР·РєРёС… температур, впервые получившего жидкий гелий Рё открывшего явление сверхпроводимости, Р·Р° что был РІ 1913 Рі. награжден Нобелевской премией), Рё Сѓ X. Лоренца. Между 1922 Рё 1925 РіРі. РѕРЅ посещал Р РёРј, РіРґРµ был частным учителем молодого сына голландского посла. Р’Рѕ время этих посещений РѕРЅ выучил итальянский язык, стал РґСЂСѓРіРѕРј Р. Ферми (1901-1954) Рё глубоко изучал историю. РљРѕРіРґР° РѕРЅ оставлял Р РёРј для возвращения РІ Нидерланды, серьезно раздумывал РЅРµ оставить ли физику ради истории. РћРЅ обсуждал эту проблему СЃРѕ СЃРІРѕРёРј дядей, который был известным лингвистом, экспертом РІ области языков американских индейцев, Рё профессором Лейденского университета. Его РґСЏРґРµ эта идея показалась привлекательной, РЅРѕ РѕРЅ полагал, что лучше сначала получить докторскую степень РїРѕ физике, поскольку Уленбек уже достаточно далеко продвинулся РІ этой области. Рренфест также согласился СЃ этим, РЅРѕ считал, что РѕРЅ должен познакомиться СЃ тем, что РІ это время происходило РІ физике. Поэтому РѕРЅ РІР·СЏР» Уленбека Рє себе РЅР° работу, СЃ тем, чтобы РѕРЅ научился РѕС‚ Гоудсмита тому, что Паули называл спектрозоологией, С‚.Рµ. изучением спектров.
Самуэль Абрагам Гоудсмит родился РІ Гааге РІ семье преуспевающего купца Рё СЃ 11 лет РїСЂРѕСЏРІРёР» интерес Рє физике, читая РєРЅРёРіРё. Его особенно потрясало то, как спектроскопия показывает, что звезды состоят РёР· тех же элементов, какие имеются РЅР° Земле. Р’ университете РѕРЅ учился Сѓ Рренфеста, проявляя скорее интуитивный, чем аналитический СЃРїРѕСЃРѕР± мышления.
Уленбек позднее говорил: Сэм никогда не был ясно мыслящим человеком, но обладал замечательным талантом взять беспорядочные данные и дать им правильное направление. Он был волшебником в области криптограмм. �. Раби добавлял: Он размышлял как детектив. Он и есть детектив. Гоудсмит действительно когда-то проработал девять месяцев детективом.
Р’ 1920 Рі. Рренфест рекомендовал Гоудсмиту посетить Пашена РІ Тюбингене, который РїСЂРѕРІРѕРґРёР» СЃРІРѕРё исследования РїРѕ спектроскопии. РќР° следующий РіРѕРґ, летом, РѕРЅ СЃРЅРѕРІР° был РІ Тюбингене, Рё Пашен ввел его РІ спектроскопические методики. Р’СЃРєРѕСЂРµ РѕРЅ стал очень способным РІ обращении СЃ квантовыми числами Рё объяснениями наблюдаемых спектров. Р’ начале 1925 Рі. РѕРЅ опубликовал работу, РІ которой показал, что можно упростить применение принципа Паули, используя получисленные квантовые числа Ланде, Рё что РѕРґРЅРѕ РёР· этих чисел всегда имело значение +1/2 или 1/2. Р’ это время Рренфест РїРѕРїСЂРѕСЃРёР» Уленбека Рё Гоудсмита работать вместе; Гоудсмиту, чтобы РѕРЅ РѕР±СЉСЏСЃРЅРёР» Уленбеку магические вычисления СЃ квантовыми числами, Р° Уленбеку, чтобы РѕРЅ обучил Гоудсмита некоторой физике Рё показал ему, что РѕРЅР° состоит РЅРµ только РёР· манипуляций СЃ квантовыми числами.
В августе 1925 г. эти два человека стали близкими друзьями, сохранив эту близость на всю жизнь. Они стали регулярно встречаться в Гааге и в одной из встреч в конце лета Гоудсмит рассказывал Уленбеку о принципе Паули, используя получисленные квантовые числа Ланде. Уленбек сразу же понял, что все электроны ведут себя так, как если бы они кроме вращения вокруг атомного ядра также вращались сами по себе (спин). В сентябре теория была завершена, и эти два исследователя показали, что эта концепция также объясняет нормальный и аномальный эффект Зеемана.
Американский физик венгерского происхождения Р . РљСЂРѕРЅРёРі (19041995), который путешествовал РїРѕ Р�талии Рё также был РґСЂСѓРіРѕРј Ферми, уже сформировал такую же идею относительно СЃРїРёРЅР°. РљСЂРѕРЅРёРі имел несчастье спросить мнение Паули, Рё Паули убедил его, что его гипотеза лишена любых оснований Рё высмеял идею, РіРѕРІРѕСЂСЏ, что РѕРЅР° конечно, очень СѓРјРЅР°, РЅРѕ, разумеется, РЅРµ имеет ничего, что делало Р±С‹ ее достоверной. Р’ результате РљСЂРѕРЅРёРі отказался РѕС‚ нее. РљРѕРіРґР° Уленбек Рё Гоудсмит узнали Рѕ критике Паули, которая представлялась справедливой, РѕРЅРё хотели забрать СЃРІРѕСЋ статью, уже посланную для публикации, РЅРѕ Рренфест сказал РёРј, что поскольку РѕРЅРё молоды, то РјРѕРіСѓС‚ позволить себе совершить ошибку. РћРґРЅРѕ РёР· возражений, например, заключалось РІ том, что если для размера электрона использовать формулу X. Лоренца, то для получения вращательного углового момента нужно приписать столь быстрое вращение, РїСЂРё котором скорость внешней поверхности электрона превышает скорость света. Работа РЅРµ была отозвана Рё опубликована, Р° критика Паули осталась безосновательной.