Избранные научные труды

При современном состоянии науки мы неизбежно должны в том, что относится к процессам переходов, ограничиться вероятностным рассмотрением. Такого рода рассмотрение впервые было использовано Эйнштейном ¹ который показал, каким образом может быть получен замечательно простой вывод планковского закона теплового излучения, если предположить, что атом в заданном стационарном состоянии может обладать определённой вероятностью «спонтанного» перехода в единицу времени в стационарное состояние меньшей энергии и что, кроме этого, атом, подвергающийся действию внешнего излучения соответствующей частоты, может иметь определённую вероятность «индуцированного» перехода в другое стационарное состояние с большей или меньшей энергией. Рассматривая условия теплового равновесия между излучением и веществом, Эйнштейн пришёл также к выводу, что обмен энергией в процессе перехода сопровождается обменом импульса, равного h/c, как это должно быть в случае, когда переход сопровождается остановкой или началом движения небольшого образования, движущегося со скоростью света с и обладающего энергией h. Он заключил, что направление этого импульса в случае индуцированных переходов совпадает с направлением распространения световых волн, вызывающих переход, в то время как в случае спонтанных переходов направления импульса распределены, согласно вероятностным законам. Эти результаты, которые рассматривались в качестве аргумента при попытке придать определённую физическую реальность теории световых квантов, недавно нашли важное применение для объяснения замечательного явления изменения длины волны излучения при рассеянии его свободными электронами, открытого Комптоном ² при исследовании рассеяния рентгеновских лучей. Концепция вероятности недавно была успешно использована Паули ³ при рассмотрении проблемы теплового равновесия между свободными электронами и излучением, а формальная аналогия его результатов с законами, описывающими процессы перехода между стационарными состояниями атомов была подчёркнута Эйнштейном и Эренфестом ⁴.

1 A. Einstein. Phys. Zs., 1917, 18, 121. (См. перевод: А. Эйнштейн. Собр. научн. трудов, т. III. М., 1966, стр. 393.— Ред.)

2 А. Н. Compton. Phys. Rev., 1923, 21, 483; см. также: Р. Debye. Phys. Zs., 1923, 24, 161.

³ W. Рauli. Zs. f. Phys., 1923, 18, 272.

⁴ A. Einstein, P. Ehrenfest. Zs. f. Phys., 1923, 14, 301. (См. перевод: А. Эйнштейн. Собр. науч. трудов, т. III. М., 1966, стр. 450.— Ред.)

Несмотря на фундаментальное отличие квантовой теории атомных процессов от теории, основанной на обычной электродинамике, она в некотором определённом смысле должна быть естественным обобщением последней. Действительно, должно выполняться условие, что в пределе, когда мы рассматриваем процессы, зависящие от статистического поведения большого числа атомов и обусловленные такими стационарными состояниями, что два соседних состояния сравнительно мало отличаются друг от друга, классическая теория приводит к выводам, согласующимся с экспериментом. В случае испускания и поглощения, соответствующего спектральным линиям, эта связь между двумя теориями привела к «принципу соответствия», согласно которому постулируется общее соответствие каждого из возможных переходов между стационарными состояниями и одной из компонент гармонических колебаний, на которые может быть разложен электрический момент атома, рассматриваемый как функция времени (I, гл. II, § 2). Этот принцип дал основу для оценки вероятностей переходов и тем самым установил связь между проблемой интенсивности и поляризации спектральных линий, с одной стороны, и движением электронов в атоме — с другой.

Принцип соответствия привёл к сопоставлению реакции атома на поле излучения с реакцией на такое поле, которое, согласно классической электродинамике, создавалось бы набором «виртуальных» гармонических осцилляторов, частота которых совпадает с частотой, определяемой соотношением (1) для различных возможных переходов между стационарными состояниями (I, гл. III, §3). Такая картина была использована Ланденбургом ¹ при попытке количественно сопоставить экспериментальные результаты, касающиеся дисперсии, с концепцией вероятности переходов между стационарными состояниями. Кроме того, возможность применения аналогичных представлений для описания взаимодействия между свободными электронами и излучением подтверждается аналогией между изменением длины волны рассеянных лучей и классическим эффектом Допплера для излучения от движущегося источника, как это было отмечено Комптоном.

¹ R. Landenburg. Zs. f. Phys., 1921, 4, 451; см. также: R. Landenburg, P. Reiche. Naturwiss., 1923, 11, 584.