Страница 179 из 190
2 С. Т. R. Wilsоn. Ргос. Roy. Soc. 1923, 104, 1, 192.
С другой стороны, неприменимость законов классической электродинамики для описания реакции атома на внешние воздействия особенно ясно выявилось при исследовании столкновений атомов с медленными электронами. Именно здесь имеется прямое доказательство стабильности стационарных состояний, постулируемой в квантовой теории. В количественное описание опытов типа опытов Франка и Герца сначала вообще не входят электродинамические свойства атомных частиц; входят лишь значения энергии, которые формально, приписываются различным стационарным состояниям для объяснения спектров по правилам квантовой теории. То, что при объяснении соударений и спектров встречаются одни и те же значения энергии, является чрезвычайно важным результатом, если вспомнить, что при современном состоянии науки общее описание явлений излучения с помощью закона сохранения энергии встречает большие трудности. Имеющееся различие между явлениями излучения и обсуждаемыми явлениями соударений может быть связано с тем, что в случае последних существует взаимность, которая отсутствует при взаимодействии атомов посредством излучения. В самом деле, при соударении можно предположить такую взаимосвязь между участвующими системами, при которой с точки зрения каждой из двух систем удар считается законченным лишь тогда, когда другая в результате взаимодействия в конце концов переходит в стационарное состояние. Эта взаимность тесно связана с возможностью обратных процессов соударений, на термодинамическую необходимость которых впервые указали Клейн и Росселанд. Но при явлениях излучения, где, согласно классическим представлениям, нет взаимной связи между испускающим и поглощающим атомами, возникает трудность при попытке квантового описания взаимодействия, связанного с отсутствием взаимности рассматриваемого вида, если при этом остаётся в силе закон сохранения энергии.
Оба упомянутых вида воздействия соударений следует рассматривать как предельные случаи. При других явлениях соударений нужно быть готовым к тому, что потребуется более сложное описание, при котором невозможны ни чисто механическое описание, ни простая формулировка квантовых законов. Подобный случай возможен при торможении электрических частиц, быстро движущихся через вещество. Это явление можно свести к взаимодействию этих частиц с электронами тормозящих атомов. С одной стороны, эта задача особенно проста, поскольку при отдельных соударениях движение быстрой частицы изменяется незначительно. С другой стороны, задача усложняется тем, что торможение в значительной мере зависит от характера связи электрона в атоме. Если пренебречь взаимодействиями внутри атома и рассматривать электроны как свободные, то простым расчётом, основанным на законах механики, мы получили бы для торможения значение, намного превышающее наблюдаемое на опыте. С точки зрения классической механики силами взаимодействия электрона в атоме можно пренебречь лишь в том случае, если продолжительность соударения можно считать малой по сравнению с естественными периодами электронов в атоме. Под продолжительностью соударения мы понимаем время, которое необходимо частице для прохождения пути порядка кратчайшего расстояния электрона от траектории частицы. Когда это время того же порядка величины, что и собственные периоды электронов, то, согласно механике, в действие вступают силы взаимодействия. Вследствие этого перенос энергии от частицы к атому с увеличением времени соударения уменьшается значительно быстрее, чем в случае, когда электроны можно считать свободными. Для элементов с небольшим атомным номером, у которых скорость связанных электронов мала по сравнению со скоростью частиц на большей части их траектории, применение механики позволяет определить торможение с хорошей точностью. Это обусловлено тем обстоятельством, что при соударении с продолжительностью того же порядка, что и собственный период атома, траектория частицы настолько удалена от атома, что оценённое с помощью механики воздействие на движение электрона можно рассматривать как малое возмущение. При этом воздействие в большой мере не зависит от вида связи электрона в атоме. Действительно, основанные на этом расчёты ведут к результатам, удовлетворительно согласующимся с экспериментальными данными по торможению в веществах с малым атомным номером 1.
1 В предположении квазиупругой связи электронов в их положениях равновесия в атоме, автор в одной из работ [Phil. Mag. 1913, 25, 12 (статья 4.— Ред.)] вывел следующую формулу для потери скорости быстро движущимися частицами: -