Cтраница 4
Развитие спектроскопической техники и увеличение разрешающей силы приборов позволило обнаружить, что некоторые линии в спектре атома водорода и щелочных металлов в действительности состоят из двух отдельных, близко расположенных линий. Для объяснения этого явления Уленбек и Гаудсмит предположили, что электрон подобно земле, вращается не только вокруг атомного ядра, но одновременно и вокруг своей оси. Вращение электрона как заряженной частицы приводит к тому, что он ведет себя как маленький магнитик. В результате этот магнитик должен определенным образом ориентироваться во внешнем магнитном поле. По-английски вращение переводится словом спин, так что это явление получило название спина электрона. [46]
Еще не соединившиеся между собой атомы водорода или других подобных элементов могут отличаться друг от друга, с одной стороны, симметрическими и антисимметрическими собственными функциями1 своих электронов, а с другой стороны направлениями спина электронов. Электроны, как это впервые нашли Гаудсмит и Уленбек ( S. Goud-smit, G. E. Uhlenbeck, 1925), обладают собственным вращением ( так называемый спин), которое вызывает наличие магнитного момента. Последний в зависимости от направления вращения может устанавливаться параллельно, или антипараллельно по отношению к полю. [47]
В октябре 1925 г. Джордж Юджин Улепбек и Самьюэл Гаудсмит открыли спин электрона [ U1 ] и тем самым объяснили наличие дублетов в спектре щелочных металлов, но вскоре оказалось, что расчеты давали неверное значение для расщепления дублета. [48]
Для обоих термов - октетного и секстетного - наблюдается монотонное возрастание интервалов с увеличением J. S) хорошо подтверждаются соотношения, вытекающие из формулы Гаудсмита ( § 41), дающей связь между постоянной расщепления сложной электронной конфигурации с постоянными расщепления более простых конфигураций. [49]
Хотя эта книга посвящена исследованиям молекулярных систем в рамках нерелятивистской квантовой механики, мы не вправе полностью игнорировать релятивистские эффекты. Дирак [140] впервые дал теоретическое объяснение релятивистских свойств электронов, экспериментально обнаруженных Уленбеком и Гаудсмитом [695, 696], которые показали, что электрон обладает внутренним угловым моментом, или спином. Наличие спина у каждого электрона не имеет аналогов в классической механике. В рамках нерелятивистской квантовой механики волновая функция любой молекулы представляется в виде произведения спиновой функции и пространственной функции. [50]
Этот принцип, установленный более или менее эмпирически, был обобщен и уточнен в 1925 г. Паули следующим образом: во всякой системе, содержащей несколько электронов, каждый тип движения, точно определенный по теории квантов, может быть представлен только одним электроном. Парное число электронов в заполненных слоях соответствует, с точки зрения принципа Паули, тому факту ( открытому Уленбеком и Гаудсмитом), что электрон обладает магвитной осью, которую можно было бы приписать его вращению вокруг самого себя, и что эта ось может принимать две противоположные ориентации. [51]