Читать онлайн «Квантовая механика и атомная физика»

С появлением уравнения Шредингера ученые, исследовавшие атом, получили в свои руки такое же мощное оружие, какое в свое время было дано астрономам после появ- появления основных законов механики Ньютона, включая закон все- всемирного тяготения. Поэтому не удивительно, что с появлением уравнения Шре- Шредингера многие факты, связанные с движением электронов вну- внутри атома, нашли свое теоретическое обоснование. Однако, как оказалось в дальнейшем, теория Шредингера описывала далеко не все свойства атомов; с ее помощью нельзя было, в частности, правильно объяснить взаимодействие атома с магнитным полем (например, аномальный эффект Зеемана), а также построить теорию сложных атомов. Это было связано главным образом с тем обстоятельством, что в теории Шредин- Шредингера не учитывались релятивистские и спиновые свойства элек* трона. Дальнейшим развитием теории Шредингера явилась реляти- релятивистская теория Дирака. Уравнение Дирака позволило описать как релятивистские, так и спиновые эффекты электронов. При этом оказалось, что если учет релятивистских эффектов в атомах с одним электроном приводит к сравнительно небольшим коли- количественным поправкам, то при изучении строения атомов с не- несколькими электронами учет спиновых эффектов имеет решаю- решающее значение. Только после того как были приняты во внимание спиновые свойства электронов, удалось объяснить правило за- заполнения электронных оболочек в атоме и дать периодическому закону Менделеева строгое обоснование. С появлением уравнения Дирака принципиальные вопросы, связанные со строением электронной оболочки атома, можно было считать в основном разрешенными, хотя углубление наших знаний в развитии отдельных деталей должно было продол- продолжаться. В связи с этим следует заметить, что в настоящее время подробно изучается влияние так называемого электромагнитного и электронно-позитронного вакуумов, а также влияние магнит-* § 1. Введение 13 ных моментов ядер и размеров ядер на энергетические уровни атомов. Помимо атома, квантовая механика нашла свое применение при исследовании простейших молекул, при построении теории твердого тела и даже при объяснении ряда явлений в атомном ядре. В настоящее время продолжает накапливаться обширный экспериментальный материал и начала уже создаваться более общая теория элементарных частиц. Одной из характерных особенностей первого этапа теории элементарных частиц, получившей название квантовой теории поля, является описание взаимной превращаемости элемен- элементарных частиц. В частности, по теории Дирака было предска- предсказано возможное превращение гамма-квантов в пару электрон- позитрон и обратно, что затем было подтверждено экспери- экспериментально. Таким образом, если в классической теории между светом и электронами было два различия: а) свет — волны, электроны — частицы; б) свет может появляться и поглощаться, число же электронов должно оставаться неизменным, то в квантовой ме- механике со свойственным ей корпускулярно-волновым дуализмом было стерто первое различие между светом и электронами.