Страница 178 из 190
Такое совпадение состояний колебания осцилляторов вряд ли достигается просто предположением об ориентации атомных осей возмущающим процессом. Направления осей возбуждённых атомов не распределяются равномерно в пространстве, и вследствие возможности вращения осей при самом возбуждении ориентация будет выражена, по-видимому, значительно сильнее, чем можно было ожидать для среднего поведения атома в магнитных полях с равномерно распределёнными направлениями. В случае рассматриваемой ртутной линии ни одна из этих ориентаций не будет достаточной для объяснения наблюдаемой степени поляризации флуоресцентного света. Согласно квантово-теоретическому толкованию закономерностей спектральных серий предполагается, что процесс перехода, связанный с появлением этой линии, соответствует циркулярной гармонической компоненте, перпендикулярной оси атома. Если бы свойства излучения в возбуждённом состоянии были бы того же рода, что и для излучения, связанного с таким колебанием, то такая высокая поляризация не могла бы наблюдаться в каждом пространственном направлении.
Как указывалось выше, вследствие этого виртуальные осцилляторы для вырожденной системы не определяются однозначно движением частиц в стационарных состояниях. Состояние колебания такого осциллятора в возбуждённом атоме, следовательно, может в нашем случае зависеть от способа возбуждения атома, в особенности от направления светового вектора возбуждающего излучения. Несмотря на то что это предположение вызывает известную формальную аналогию с классической теорией, оно вряд ли противоречит смыслу квантовой теории. Речь идёт скорее о характерной для квантовой теории черте, в то время как отсутствие прямой связи между излучением и движением атома, которую мы уже привыкли принимать для частот при объяснении спектров, здесь распространяется на поляризацию. При этом требуемое принципом соответствия асимптотическое совпадение выводов классической и квантовой теорий в пределе, где соседние стационарные состояния сравнительно мало отличаются друг от друга, всё-таки всегда имеет место. Количественное рассмотрение проблемы на этой основе ещё не проведено, однако оно должно обнаружить внутреннюю взаимозависимость между упомянутыми поляризационными явлениями и строением атомов. Этого, по-видимому, требует и замеченное Вудом и Эллетом различие флуоресцентных явлении в парах ртути и натрия 1.
1 Результаты исследования Крамерсом механического воздействия осциллирующих силовых полей на вырожденные системы, которое было предпринято с целью создания такой теории, будут в будущем опубликованы. Впрочем, Гейзенберг обратил моё внимание на то, что представляется возможным получить количественные данные для явлений флуоресценции в отсутствие магнитного поля путём простого сравнения с теорией эффекта Зеемана. Для этого необходимо ещё учитывать предлагаемое принципом соответствия квантовое требование устойчивости. Как показывает Гейзенберг в работе, которая появится в скором времени, это требование выражается в том, что при облучении линейно-поляризованным светом в первом приближении магнитное поле не оказывает влияния на явления флуоресценции, если направление поля параллельно направлению электрического вектора этого света.
Мы рассмотрели в какой-то степени только оба предельных случая: влияние сильных магнитных полей на поляризацию флуоресцентного света и структуру света в отсутствие внешних полей. Но опыты Вуда и Эллета показывают, что при увеличении напряжённости поля явления флуоресценции претерпевают постепенные изменения так, как этого и следовало ожидать, согласно классической теории зееман-эффекта. По квантовым представлениям, мы имеем здесь дело со случаем, когда нельзя произвести ясно выраженное квантование, потому что вызванные внешним полем новые периоды в движении не малы по сравнению со средним временем жизни стационарных состояний, а следовательно, обусловленный наличием внешних полей периодичный характер движения не скажется. В пределе очень слабых полей, когда новые периоды ещё велики по сравнению со временем жизни частиц, необходимо учитывать почти равномерное статистическое распределение направлений осей атомов. При увеличении напряжённости поля статистическое распределение осей атомов постепенно сосредоточивается вокруг дискретно распределённых направлений осей, что соответствует граничному случаю, когда каждый встречающийся в движении период может считаться малым в сравнении со временем жизни.
В первом граничном случае, вероятно, и влияние внешних полей на поведение виртуальных осцилляторов, обусловливающих излучение, можно будет считать почти аналогичным классической теории. Это поведение проявляется чрезвычайно интересно в одном наблюдении, проведённом недавно Ганле в Гёттингене. Любезное сообщение Франка об этом содействовало появлению соображений, изложенных в настоящей заметке 2. Была исследована флуоресценция ртути, причём в направлении, обратном направлению распространения возмущающего света; параллельно этому направлению накладывалось ещё и магнитное поле. При линейной поляризации возмущающего света в отсутствие поля наблюдалась высокая степень поляризации флуоресцентного света; как и следовало ожидать из опытов Вуда и Эллета, она исчезает полностью при сильных магнитных полях. Одновременно с постепенным исчезновением поляризации происходит вращение плоскости поляризации. Это вращение легко объяснимо, если допустить, что состояние колебания виртуальных осцилляторов, принимающих участие в испускании флуоресцентного света, при наличии поля претерпевает те же изменения, которые имели бы место в случае вращения осциллятора вместе с атомом как целым. Аналогично тому, как в классической теории влияние подобного вращения на вращение плоскости поляризации обусловлено затуханием колебаний электронов, время жизни возбуждённых стационарных состояний прямо проявляется в замеченном Ганле явлении. Как одновременно сообщил мне Франк, это явление открывает также многообещающий путь для изучения влияния внешних обстоятельств на упомянутое время жизни, а также на свойства виртуальных осцилляторов, связанных с возможностями перехода.
2 Ср. прим. 1 на стр. 543. Олдридж (см. прим. 2 на стр. 543) показал, что вращение плоскости поляризации, подобное рассматриваемому ниже, следовало ожидать по классической теории эффекта Зеемана. Он указал, что такой эффект действительно наблюдался Вудом и Эллетом.
Копенгаген,
1 ноября 1924 г.
1925
27 О ДЕЙСТВИИ АТОМОВ ПРИ СОУДАРЕНИЯХ *
*Über die Wirkung von Atomen bei Stoßen. Zs. f. Phys., 1925, 34, 142—157.
При описании взаимодействий между атомными системами представляется целесообразным, учитывая современное состояние теории, различать взаимодействия в зависимости от того, проявляют ли они «взаимность» или нет. В первом случае удается в рамках квантовой теории провести единое описание результатов, опираясь на законы сохранения классической механики и электродинамики. В другом случае в настоящее время, по-видимому, возможно только дуалистическое описание, при котором противоположные реакции участвующих систем связываются друг с другом только с помощью вероятностных законов и согласно которому законы сохранения выступают прежде всего как статистические законы 1.
1 В послесловии к настоящей работе будет более подробно показано как, имея в виду результаты работы Гейгера и Боте по рассеянию рентгеновских лучей, опубликованной в этом же журнале, вопрос применения законов сохранения выступает в новом свете. Это влечёт за собой вывод, что решение рассматриваемой проблемы едва ли может быть достигнуто предложенным в этой работе путём.— Прим. авт. при корректуре.
Известно, что процессы, происходящие при прохождении быстрых электрических частиц через атомы, можно описать, в значительной мере опираясь непосредственно на понятия классической электродинамики. На этом обстоятельстве базировалось не только открытие атомных ядер и исследование их свойств, но и количественное описание явления вырывания электронов из атома при прохождении частиц. Великолепные фотографии Вильсона 2, благодаря которым вскоре после открытия ядра Резерфордом удалось непосредственно подтвердить выводы об отклонении α-лучей, недавно дали многообещающее подтверждение томсоновской теории ионизации в отношении числа и распределения скоростей электронов, выбитых β-лучами при прохождении через атомы.