Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Данная модель молекулярного поля H0 не только пригодна в значительно большей степени, чем лоренцевская гипотеза, … для представления явлений эффекта Зеемана в их большом многообразии и с их характеристическими признаками, … но также оправдывается при объяснении сериальных законов — проблемы, которой теория Лоренца совершенно не касалась.

Вальтер Ритц, "Магнитные атомные поля и сериальные спектры" [9, 50]

Как мы видели, Ритц на основе своей модели легко объяснил эффект Зеемана (§ 3.1), показав, что внешнее магнитное поле В_м, налагаясь на магнитное поле атома В, меняет его величину и, соответственно, частоту вращения электрона в этом поле (Рис. 94). Это приводит к тому, что вместо одной линии возникает несколько близких линий (расщепление линий). Обычно возникает три линии, — триплет. Центральная линия создаётся электронами, находящимися в исходном внутриатомном магнитном поле В: внешнее поле B_м на них либо совсем не влияет, либо налагается перпендикулярно основному полю В

и, будучи много меньше его, почти не меняет частоты вращения электрона, остающейся прежней f=eB/2πM. Для других электронов, расположенных в других плоскостях атомной пирамиды (Рис. 107) или в других атомах, ориентация поля В оказывается противоположной внешнему полю B_м. Поэтому, они генерируют на частоте f=e(B-B

_м)/2πM. Наконец, у третьего типа электронов поля сложатся, а, потому, такие электроны вращаются и генерируют свет с частотой f=e(B+B_м)/2πM. Это и приводит к тому, что рядом с центральной линией на частоте f=eB

/2πM появляются две соседние, сдвинутые вправо и влево на Δf=eB_м/2πM. То, каким образом для одних электронов поля B и B_м суммируются, а для других вычитаются, легко понять из бипирамидальной модели. Генерирующие спектр электроны сидят на разных гранях и перегородках этих пирамид, причём, внутриатомное поле B

, как выяснили (§ 3.1, § 3.2), всегда перпендикулярно плоскости этих граней. В магнитном поле атомы располагаются упорядоченно, ориентируя общее магнитное атомное поле вдоль внешнего поля. При этом, одни грани оказываются перпендикулярны внешнему полю B_м, а для других оно лежит в плоскости граней атома. Соответственно, для электронов, расположенных в одних плоскостях, внешнее поле, складываясь или вычитаясь из внутриатомного, изменит частоту колебаний, а у электронов, расположенных и колеблющихся в той же плоскости, что и внешнее поле B_м, частота колебаний не изменится. Это же объясняет различную поляризацию смещённых и несмещённых линий: генерирующие их электроны колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях, а, значит, в разных плоскостях колеблется создаваемое ими переменное электрическое поле, соответственно, по-разному поляризовано и их излучение.

Объяснил Ритц и аномальный эффект Зеемана, состоящий в том, что каждая из расщеплённых линий, в свою очередь, расщепляется под действием внешнего поля. Это связано с тем, что атом прецессирует, поворачивается во внешнем поле. Действительно, в отличие от уединённого электрона, магнитный момент которого не может установиться во внешнем поле сонаправленно полю, а начинает прецессировать за счёт гироскопического эффекта, структура, образованная из многих магнитиков, вращающихся электронов, сразу ориентируется вдоль внешнего магнитного поля, как видно на примере обычных магнитов, — комплексов из элементарных круговых токов. Однако гироскопический эффект, всё же, сказывается и здесь, поэтому магнитный момент атома несколько отклоняется от оси внешнего магнитного поля и начинает прецессировать вокруг неё. Частота этой прецессии, как показал Ритц, опять же, складывается с частотой вращения электрона в магнитном поле или вычитается из неё, что и приводит к появлению вторичного расщепления линий. Возможны и более сложные случаи расщепления линий, особенно в многоэлектронных атомах, которые за счёт наличия многих электронов, располагающихся в атоме различным образом и также обладающих магнитным моментом, ведут к тому, что атом может располагаться несколькими способами по отношению к внешнему полю B_м. Кроме того, если это магнитное поле B_м достаточно велико, оно способно менять внутриатомное поле B не только путём наложения, но и посредством изменения направлений магнитных моментов частиц, генерирующих поле B, упорядочивая их и упрощая картину расщепления линий. Такой эффект в мощных магнитных полях, сопоставимых с внутриатомными, и впрямь наблюдается и называется "эффектом Пашена-Бака" [134]. Как видим, все особенности эффекта Зеемана следуют из модели Ритца.