Избранные научные труды. Том 2

Заметка Бора была опубликована сразу же за письмом Уленбека и Гаудсмита ¹ в которой была выдвинута гипотеза спина электрона. Впервые эта гипотеза была ими опубликована в 1925 г. в статье под названием «Замена гипотезы немеханического «натяжения» требованием, относящимся к внутреннему поведению атома» ². Они указали на ряд трудностей, встречавшихся при попытках объяснения структуры спектров атомов, помещённых в магнитное поле. Ещё в 1921 г. на возможность существования собственного вращения намекал Комптон ³, но он не связывал это вращение с особенностями эффекта Зеемана, и его идея не привлекла внимания. В январе 1925 г. подобную идею развивал Крониг, но, не встретив поддержки, не опубликовал свои результаты. Физики школы Бора предпочитали объяснять всю совокупность явлений, проявляющихся в тонкой структуре спектров и в расцеплении спектральных линий в магнитном поле, с помощью гипотезы Бора [34] о «немеханическом натяжении» как причине раздвоения термов. Паули ⁴ пытался приписать самому электрону четвёртое квантовое число, но не указал смысла этой характеристики в модели атома. Уленбек и Гаудсмит уже в первой заметке сопоставили четырём квантовым числам четыре степени свободы электрона и выдвинули идею о внутреннем моменте количества движения и магнитном моменте, равным одному магнетону Бора, но не раскрыли связи последнего с орбитальным движением. Только после того как, пользуясь указаниями Эйнштейна, они вывели формулу для дублетного расщепления с множителем 2 и применили свою идею к спектру водорода, Бор, а за ним и другие, признали плодотворность гипотезы спина. В письме к Кронигу 26 марта 1926 г. Бор писал: «Когда я приехал в Лейден на торжества, посвящённые Лоренцу (декабрь 1925 г.), Эйнштейн спросил меня сразу как только я его увидел, что я думаю о вращающемся электроне. На мой вопрос о причине взаимодействия направления спина с орбитальным движением он ответил, что это взаимодействие является непосредственным следствием теории относительности. Его замечания были для меня полным откровением, и с тех пор я никогда не сомневался, что нашим затруднениям пришёл конец» ⁵. В 1926 г. Гейзенберг и Иордан ⁶ включили спин в общую схему квантовой механики и показали, что полученные таким образом результаты по эффекту Зееману и тонкой структуре спектров хорошо согласуются с данными эксперимента. Последовательное включение понятия спина в формальный аппарат нерелятивистской квантовой механики было осуществлено Паули ⁷. В 1927 г. Дирак выяснил связь между спином и статистикой. В действительности спин частиц — релятивистский эффект, находящий свое объяснение в релятивистской квантовой механике Дирака ⁸.

¹ G. Е. Uhlеnbесk, S. Gоudsmit. Nature, 1926, 117, 264.

² G. E. Uhlenbeck, S. Goudsmit. Naturwiss., 1925, 13, 953.

³ A. Compton. J. Franklin Inst., 1921, 192, 145.

⁴ W. Pаuli. Z. Phys., 1925, 31, 765.

⁵ Цит. по статье: Б. Ван дер Варден. Принцип запрета и спин. В кн.: Теоретическая физика XX века. М., ИЛ, 1962, стр. 248.

⁶ W. Неisеnbеrg, Р. Jоrdan. Z. Phys., 1926, 37, 263.

⁷ W. Рauli. Z. Phys., 1927, 43, 601.

⁸ Р. A. М. Dirac. Proc. Roy. Soc., 1928, A117, 610; A118, 351.

30 Сэр Эрнест Резерфорд [43]

Эрнест Резерфорд (1871—1937) —выдающийся английский физик. Родился в Новой Зеландии; там же окончил университет. В 1894—1897 гг. работал в Кавендишской лаборатории в Кембридже под руководством Дж. Дж. Томсона. В 1897—1907 гг. руководил кафедрой физики в Монреальском университете, в 1907—1919 —в Манчестерском университете. В 1919 г. заменил Томсона на посту директора Кавендишской лаборатории. Ему принадлежат многочисленные, ставшие классическими, работы по атомной и ядерной физике. Его учениками были многие, ставшие впоследствии знаменитыми, физики: Мозли, Чэдвик, Кокрофт, Олифант, Гейгер, Марсден, Ган, Капица, Харитон. Бор познакомился с Резерфордом в ноябре 1911 г. и стажировался у него в Манчестере с марта по июль 1912 г. Именно в это время у него возникла мысль о применении квантовой гипотезы Планка к модели атома Резерфорда. В 1914—1916 гг. Бор работал в должности доцента в Манчестере на кафедре, возглавлявшейся Резерфордом. Об отношениях между ними и влиянии Резерфорда на ход его научных исследований Бор писал в [69], [138].

31 К семидесятилетию Дж. Дж. Томсона [44]