1 W. Pauli. Цит. соч.; A. Smеkаl. Naturwiss., 1923, 11, 875.
2 A. Einstein. Phys. Zs., 1909, 10, 817 (см. перевод: А. Эйнштейн. Собр. научн. трудов, т. III, стр. 181.— Ред.)
Приведённые рассуждения показывают, что наше описание оптических явлений естественным образом связано с обычным непрерывным описанием макроскопических явлений, для объяснения которых столь успешно использовалась теория Максвелла. Связанные с этим преимущества настоящей формулировки принципов квантовой теории перед обычным изложением этой теории наиболее ярко могут быть проиллюстрированы при рассмотрении излучения электромагнитных волн, например антенной, явления, которое широко используется в радиосвязи. В этом случае адекватное описание явления не может быть получено на основе картины испускания излучения в отдельных последовательных процессах перехода между воображаемыми стационарными состояниями антенны. Действительно, принимая во внимание малость изменения энергии при переходах и величину энергии, излучаемой антенной за единицу времени, нетрудно убедиться, что длительность отдельных процессов перехода должна быть чрезвычайно мала по сравнению с периодом колебаний электричества в антенне и поэтому испускание волн с таким периодом не может рассматриваться как результат одного из этих переходов. В то же время, согласно нашему описанию, колебание электричества в антенне соответствует появлению (виртуального) поля излучения; последнее же в свою очередь связано вероятностными законами с изменением движения электронов, которое можно считать непрерывным. Действительно, даже если можно было бы различать отдельные кванты энергии ℎν, величина этих квантов была бы пренебрежимо малой по сравнению с энергией, излучаемой антенной. В этой связи следует отметить, что подчёркивание «виртуального» характера поля излучения, которое при современном состоянии науки является необходимым для адекватного описания атомных явлений, автоматически теряет свою важность в предельном случае, подобном только что рассмотренному, когда поле в том, что касается наблюдаемых результатов его взаимодействия с веществом, приобретает все свойства электромагнитного поля классической электродинамики.
Поступила 22 февраля 1924 г.,
26 О ПОЛЯРИЗАЦИИ ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО СВЕТА *
* Zur Polarisation des Fluoreszenzlichtes. Naturwiss., 1924, 12, 1115—1117.
Как известно, Вуд и Эллет 1 недавно сделали важное открытие, что флуоресцентный свет, испускаемый парами ртути, возбуждёнными линейно-поляризованным светом, может быть при определённых условиях в высокой степени поляризованным. Но наличие даже слабых магнитных полей сильно влияет на поляризацию, причём воздействие зависит как от направления поля, так и от направления наблюдения. Эти интересные результаты недавно обсуждались в ряде опубликованных статей 2. С одной стороны, все авторы согласны с тем, что основные черты явлений флуоресценции в магнитном поле легко объясняются при сравнении с эффектом Зеемана в соответствующих линиях ртути; при этом здесь фундаментальное различие между классической теорией излучения и квантово-теоретическим смыслом спектров не сказывается существенным образом. С другой стороны, авторы отметили трудность, которая состоит в том, что поляризация при наличии магнитного поля значительно сильнее, чем это следовало бы из среднего значения поляризации при произвольных направлениях поля. Но это обстоятельство находит простую аналогию в классической теории излучения, если допустить, что испускание одной спектральной линии вызвано изотропно упругосвязанным электроном. На первый взгляд, это кажется несовместимым с исходными положениями квантовой теории, выявившей тесную связь спектральных закономерностей с представлениями о строении атома. Ниже я попытался показать, что указанная кажущаяся трудность может быть преодолена с помощью предположений, прямо примыкающих к принципам, лежащим в основе квантово-теоретического понимания спектров 1.
1 R. W. Wооd, A. Ellett. Proc. Roy. Soc., 1923, 103, 396; Phys. Rev., 1924, 24, 243.
2 W. Hanle. Naturwiss., 1923, 11, 690; A. E. Ruark, P. Fооte, F. L. Mоhler. JOSA, 1923, 7, 415; F. Weigert, Naturwiss., 1924, 12, 38; P. Pringsheim. Naturwiss., 1924, 12, 247; Zs. f. Phys., 1924, 23, 324; G. Jооs. Phys. Zs., 1924, 25, 130; G. Вreit. Phil. Mag., 1924, 47, 832; E. Gaviola, P. Pringsheim. Zs. f. Phys., 1924, 25, 367; J. A. Eldridge. Phys. Res., 1924, 24, 234.
1 В нескольких цитированных статьях приводятся соображения, в некоторой степени сходные с изложенными в этой статье. Нов первую очередь моё внимание привлекало, в связи с возможностью предлагаемого толкования явления, письменное сообщение Франка об исследовании, проведённом Ганле в Гёттингене. Его результаты особенно удобны для выявления тесной связи между рассматриваемыми поляризационными явлениями и постоянным исчезновением квантования направления при ослаблении напряжённости магнитного поля. Вообще настоящая статья преследует цель подчеркнуть, что эти удивительные, на первый взгляд, поляризационные явления при ближайшем рассмотрении, по-видимому, не представляют фундаментальной трудности для квантовой теории. Они скорее обнаруживают характерную черту этой теории.
Согласно классической теории, сущность флуоресценции заключается в рассеянии света, непосредственно вызываемого вынужденными колебаниями электронов, амплитуда которых пропорциональна возбуждающему световому вектору. Для объяснения явления дисперсии в квантовой теории также приходится учитывать некоторое рассеяние света атомами в нормальном состоянии. Вместе с тем эта теория предполагает, что значительная во всяком случае часть флуоресцентного света испускается атомами, которые благодаря облучению переводятся из своих нормальных состояний в возбуждённые стационарные состояния. Испускаемое этими возбуждёнными атомами излучение связано с переходами, при которых атом либо возвращается в нормальное состояние, либо переходит в другое стационарное состояние с меньшей энергией. Согласно принципу соответствия, эта возможность в свою очередь связана с появлением определённых «соответствующих» гармонических компонент колебания электрического момента атома, зависящих от характера движения атомных частиц. Но смысл квантовой теории состоит как раз в том, что поведение атома в отношении поля излучения не связано просто с движениями в стационарных состояниях; это поведение как при рассеянии, так и при излучении формально сопоставляется некоторому числу виртуальных гармонических осцилляторов, частота которых непосредственно связана с разностью энергий возможных переходов 2.
2 Ср. работу автора [Zs. f. Phys., 1923, 13, 117 (статья 24.— Ред.)] содержащую обзор основных постулатов квантовой теории, и, особенно совместную с Крамерсом и Слэтером статью автора [Zs. f. Phys., 1924, 24, 69 (статья 25.— Ред.)], где сделана попытка общего толкования оптических явлений на основе представлений квантовой теории.
Для атомной системы, у которой степень периодичности движения равна числу степеней свободы, правила квантовой теории полностью определяют движение в стационарных состояниях. В этом случае виртуальные осцилляторы вновь однозначно задаются гармоническими компонентами колебания электрического момента атома. Для так называемых вырожденных систем, где степень периодичности меньше числа степеней свободы, движение в стационарных состояниях не определено столь полным образом. Это обстоятельство приводит к тому, что имеется много возможностей перехода, даже больше, чем при неквантованных свойствах движения в стационарных состояниях, поскольку здесь речь идёт о комбинации двух таких состояний. Отсюда непосредственно следует, что виртуальные осцилляторы, соответствующие возможностям перехода из определённого стационарного состояния, уже не задаются однозначно гармоническими компонентами движения. В противоположность случаю невырожденной системы мы, следовательно, должны быть готовы к тому, что поведение вырожденного атома, насколько это касается излучения, не определяется движением в соответствующем стационарном состоянии; допустима дальнейшая спецификация виртуальных осцилляторов. Эта черта, чуждая теории невырожденных систем, обоснована ещё тем, что у вырожденных систем мы встречаем один граничный случай, когда частоты нескольких компонент колебания, встречающихся в движении электронов, совпадают, и поэтому при вырождении мы должны принимать в расчёт интерференцию виртуальных осцилляторов, соответствующих этим компонентам. Вследствие этого нельзя ожидать, чтобы у вырожденных систем свойства результирующих гармонических осцилляторов однозначно определялись бы движением частиц атома; мы должны быть готовы к тому, что значение будут иметь и фазовые соотношения между взаимодействующими при вырождении составляющими осцилляторами.