Страница 182 из 190
1 М. Born, J. Franck. Zs. f. Phys., 1925, 31, 411. 558
Едва ли нужно подчёркивать предварительный характер представленной здесь точки зрения. Эти рассуждения указывают на стремление обойти определённые принципиальные трудности, которые возникают при квантово-теоретическом описании атомных процессов, если при этом хотят строго придерживаться законов сохранения классической механики. Мы попытались показать, что эти трудности, на которые впервые было обращено внимание в явлениях излучения, должны носить более общий характер и могут вызвать целесообразное, хотя и чуждое классической теории деление на «взаимные» и «невзаимные» взаимодействия между атомами. Постулаты квантовой теории, по-видимому, допускают справедливость законов сохранения лишь для взаимодействий первого рода, в то время как незнакомый нам механизм устойчивости стационарных состояний таков, что при взаимодействиях второго типа наши теперешние понятия позволяют нам выражать результат взаимодействия лишь с помощью статистических законов.
Поступила 30 марта 1925 г.
Послесловие (Июль 1925 г.)
После того как статья была написана, исследование вопроса о строгой выполнимости законов сохранения вступило в новую фазу в связи с опубликованием Боте и Гейгером результатов их важнейших опытов по рассеянию рентгеновских лучей 1. Эти опыты, по-видимому, устанавливают связь между испусканием электронов отдачи, сопровождающих рассеяние, и испусканием фотоэлектронов, обусловленным рассеянием, что соответствует квантовой теории эффекта Комптона. Однако такая связь не должна была бы существовать с точки зрения, развиваемой в работе Бора, Крамерса и Слетера. Согласно этой точке зрения, должна существовать далеко идущая независимость процессов перехода в атомах, влияющих друг на друга посредством излучения. В основе этой работы было стремление развить описание оптических явлений на основе квантовой теории спектров. Отказ от строгого выполнения законов сохранения и связанного с этим объединения отдельных процессов перехода был вызван тем, что казался немыслимым такой пространственно-временно́й механизм, который допускал бы такое объединение и одновременно обеспечивал бы удовлетворительное соответствие с классической электродинамикой, которая в таких широких пределах оправдала себя при объяснении оптических явлений. При этом следует подчеркнуть, что вопрос о существовании или отсутствии связи отдельных наблюдаемых атомарных процессов нельзя просто рассматривать как различие между двумя чётко определёнными толкованиями распространения света в пустом пространстве, которые соответствовали бы корпускулярной или волновой теории света. Скорее всего речь идёт о том, в какой степени пространственно-временные понятия, при помощи которых до сих пор пытаются объяснять явления природы, применимы в атомарных процессах. В действительности анализ оптических явлений показывает, что общие законы, управляющие наблюдаемыми процессами, едва ли могут быть сформулированы без предположения, что на испускательную способность отдельных атомов в некотором смысле влияет присутствие других атомов, как это и можно было ожидать из волновой картины распространения света. В этом отношении тот анализ этих явлений, который сделан на основе принципа соответствия в указанной работе Бора, Крамерса и Слетера, должен был дать нечто существенное, указывая одновременно и направление дальнейшего развития этого анализа 1. Однако надежда получить указанным способом общую формулировку законов квантовой теории была бы лишена основания после доказательства связи отдельных атомарных процессов. Эта связь в соответствии с квантовой теорией света Эйнштейна навязывает нам корпускулярную картину распространения света. При таком положении вещей нужно быть готовым к тому, что желаемое обобщение классической электродинамики потребует решительной ломки понятий, на которых до сих пор было основано описание природы.
1 W. Воthе, Н. Geigеr. Zs. f. Phys., 1925, 33, 639.
1 Ср. Н. А. Кramеrs. Nature, 1924, 113, 675; 1924, 114, 310; а также: Н. А. Кramеrs, W. Heisenberg, Zs. f. Phys., 1925, 31, 681.
При решении этого вопроса существенное значение должно также иметь рассмотрение обмена материальными частицами внутри атома или при соударениях. Поскольку сделанные на основе опытных данных выводы о свойствах атомных частиц в конечном счёте опираются на понятия классической электродинамики, привлечение этих понятий к анализу обменных процессов в настоящее время является неизбежным. При анализе свойств элементов на основе теории строения атома в широких пределах оправдали себя и механические модели. Символический характер этих моделей проявился прежде всего в постулате устойчивости стационарных состояний, который как раз незаменим при объяснении процессов соударения. Как пытались доказать в предыдущей работе, эта сверхмеханическая устойчивость в явлениях соударения, названных невзаимными, влечёт за собой особенно большие трудности при применении наглядных образов каждый раз, когда хотят придерживаться классических законов сохранения, играющих столь значительную роль при анализе взаимных процессов соударения. Поскольку однозначная связь атомарных процессов, по-видимому, представляется реальной уже в явлениях излучения, необходимо без сожаления оставить принятый в работе путь. Это тем более отрадно и потому, что ограничение справедливости законов сохранения поставило бы нас перед различного рода размышлениями при толковании термодинамических явлений. Если постулировать строгую выполнимость законов сохранения, то различие между взаимными и невзаимными явлениями соударения не будет иметь принципиального значения. Следует, однако, подчеркнуть, что в этом случае мы должны ожидать как для невзаимных, так и для взаимных соударений такие действия, которые несовместимы со свойствами механических моделей. Более того, возможны такие действия, которые настолько же чужды применению первичных пространственно-временных образов, как чужды друг другу связь индивидуальных процессов в отдельных атомах и волновое описание оптических явлений.
В действительности подобное действие должно было бы иметь место в явлении захвата электронов быстрыми α-частицами. В настоящей статье (ср. прим, на стр. 555) было указано, что трудность даже приближённого описания хода взаимодействия при захвате с помощью механической модели должна быть связана с ограниченной справедливостью законов сохранения при описании процессов ионизации. Поскольку этот выход теперь закрыт, мы, вероятно, вынуждены в явлениях захвата увидеть новую черту сверхмеханической устойчивости стационарных состояний, не поддающуюся описанию при помощи пространственно-временных образов. Аналогичные соотношения должны бы быть существенными и для явления торможения быстрых частиц, весьма подробно рассмотренного в настоящей статье. Таким образом, мы здесь по существу не получили из опыта представления о влиянии ядра на движение электрона в атоме. Если сделать предположение о строгом сохранении энергии, то, как указано в прим, на стр. 554, мы должны считаться со значительной несостоятельностью механических законов уже при таких соударениях, когда передаётся энергия того же порядка величины, что и работа ионизации, и когда время соударения весьма мало по сравнению с естественными периодами обращения электронов в атоме. В то время как эта несостоятельность открывает новую возможность обойти трудности, вносимые в механическую теорию результатами измерений ионизации (ср. прим, на стр. 555), она приводит к следствию, что полученное при расчёте на основе механики приближённое совпадение с измерениями уже не поддаётся простому объяснению.
Другого типа действия соударения, где речь идёт об очевидном отклонении от свойств механической модели, мы встречаем в открытом Рамзауэром факте резкого возрастания длины свободного пробега медленных электронов в некоторых инертных газах с уменьшением скорости электрона. По своей сущности этот эффект выходит за пределы предшествующей дискуссии о возможном различии взаимных и невзаимных явлений соударения. Развивая мысль Франка, Хунд 1 связал этот эффект с кругом идей принципа соответствия. Несмотря на это, мы имеем здесь дело, вероятно, с явлениями соударения, при которых пространственно-временное понятия, опирающиеся на классическую механику, неприменимы в такой мере, что они напоминают те парадоксы, которые появились при анализе явлений излучения.