§ 3.19 Спин и квантование магнитного момента атома
Но мы всё ещё не у предела; после электронов или атомов электричества пришёл магнетон или атом магнетизма, который входит сейчас двумя различными путями: через изучение магнитных тел и через изучение спектров элементов… Ритц представляет себе колеблющийся атом образованным из вращающегося электрона и из множества магнетонов, расположенных один за другим. В таком случае уже не взаимное электростатическое притяжение электронов управляет длинами волн, а магнитное поле, создаваемое этими магнетонами.
Перейдём на время от субэлектронного к более привычному этажу микромира, — этажу электронов и тяжёлых элементарных частиц. Как было показано выше, и, как многие предполагали ранее [79], именно электроны и позитроны являются теми кирпичиками, из которых сложены все прочие частицы. Тогда нейтрон, весящий в 1838 раз больше электрона, должен состоять примерно из тысячи (919) электронов и из того же числа позитронов, дабы полный заряд нейтрона равнялся нулю. То же строение имеет и протон, но электронов в нём на один меньше, с чем и связан его положительный заряд. Тогда, в целом, атом и, вообще, — мир окажутся построены из равного числа электронов и позитронов.
Однако такое представление ведёт, на первый взгляд, к противоречиям. Во-первых, магнитный момент протона и нейтрона — заметно меньше, чем у электрона, что, как считают, доказывает его отсутствие в нейтроне. Но, если нейтрон или протон составлены из многих зарядов, то их магнитные моменты вполне могут сориентироваться так, что почти полностью погасят друг друга. То, что малый магнитный момент нейтронов и протонов обусловлен лишь взаимной компенсацией моментов образующих их частиц, подтвердили эксперименты В.В. Коробкина, Р.В. Серова и Г.А. Аскаряна. Этой группе в 1980-х годах удалось разбить тела нуклонов мощным лазерным импульсом, при этом регистрировались мощные магнитные поля, в миллионы Гаусс. Это легко объяснить тем, что при делении нуклона на части, их магнитные моменты перестают компенсировать друг друга и отчётливо проявляются, доказывая, что локальные магнитные поля внутри атомов и ядер — много больше, чем их внешние, скомпенсированные поля. Так что, наличие внутри нейтрона или протона сотен электронов и позитронов — не исключено. Более того, думается, лишь электроны и позитроны обладают собственным электрическим зарядом и магнитным моментом, а уже их присутствие придаёт эти характеристики другим частицам (§ 3.9).
Интересно, что именно Ритц первым предсказал существование стандартного магнитного момента (магнетона) у элементарных частиц, — кирпичиков, из которых сложен атом, атомный остов. К этим частицам, как выяснили, следует отнести электроны и позитроны. Однако никто теперь не связывает открытие магнитного момента электрона с именем Ритца. Все говорят или о магнетоне Вейсса, или о магнетоне Бора. Один лишь А. Пуанкаре упоминал о магнетоне и атоме Ритца. Будучи очень глубоким и смелым мыслителем, он хорошо видел перспективы и пути развития науки. Пуанкаре был не только замечательным математиком и философом науки (лично навестившим Ритца — для вручения ему награды и обсуждения математических проблем), но и первопроходцем во многих областях физики и астрономии. Думается, именно он мог бы осуществить развитие и обоснование теории Ритца. Ведь именно Пуанкаре был первым, кто принял ключевой для БТР принцип относительности явлений в оптике и электродинамике. Однако, указанные мысли Пуанкаре и впрямь оказались для него последними, поскольку в 1912 г. он умер, подобно Ритцу, не успев довести до конца свою работу. Лишь после смерти были изданы его мысли о магнитной модели атома и магнетонах Ритца.
Магнетоны Вейсса и Бора, в отличие от магнетона Ритца, связаны не с собственными магнитными моментами элементарных частиц, а, больше, — со свойствами атомов и вещества, как целого. Магнетон Вейсса — это, по сути, элементарный магнитный момент атома, ответственный за взаимодействие атомов в ферромагнетиках. А магнетон Бора — это единица магнитного момента микромира, связанная с его квантовыми свойствами и рассчитанная впервые не Бором, а Ланжевеном. Магнитный момент атома квантуется, дискретно меняясь на величину, кратную магнетону Бора. Однако, с позиций классической науки такой характер изменения не имеет никакого отношения к квантовым свойствам поля, а обусловлен наличием стандартного момента у электрона. Поскольку электроны в атоме располагаются упорядоченно, их элементарные моменты складываются, давая в сумме магнитный момент атома, кратный моменту электрона. Изменение общего момента на дискретную величину связано с тем, что моменты электронов ориентируются всегда либо сонаправленно, либо противонаправленно, гася друг друга.