Электронный учебник по физике

 

  Особенно наглядно противоречие теории и эксперимента проявилось в опытах Штерна и Герлаха (O. Stern, W. Gerlach, 1922). Они пропускали узкий пучок атомов водорода, находящихся в основном состоянии (), через область неоднородного магнитного поля и обнаружили, что пучок расщепляется на два пучка. Результаты опытов можно объяснить, предполагая, что атом водорода в основном состоянии обладает некоторым магнитным моментом. Тогда гамильтониан нейтрального атома, рассматриваемого как единая частица с нулевым электрическим зарядом и взаимодействующего с магнитным полем, записывается в виде (ср. выше):

,

где  - макроскопически неоднородное магнитное поле. На основе этого гамильтониана можно показать, что если - компонента поля  значительно больше компонент и , то на атом, влетающий в область поля перпендикулярно оси , начинает действовать средняя сила

. Стационарное уравнение Шрёдингера Движение в центрально-симметричном поле

Эксперимент показал, что проекция магнитного момента атома в основном состоянии на заданное направление может принимать только два значения:

,

где - введенный выше магнетон Бора. Учтем, что в основном состоянии орбитальный момент электрона равен нулю, а масса ядра атома водорода (протона) значительно больше массы электрона. Тогда естественно предположить, что электрон обладает собственным магнитным моментом , величина которого равна (по определению это максимальное значение проекции ). При этом магнитный момент электрона пропорционален его собственному моменту импульса (спину) :

,

где коэффициент пропорциональности - спиновое гиромагнитное отношение.

Результаты эксперимента можно интерпретировать так: ,

где учтено, что ().

  Заметим, что гипотезу о существовании спина электрона выдвинули Уленбек и Гаудсмит (G. Uhlenbeck, S. Goudsmit, 1925), предложившие модель электрона в виде заряженного шарика, вращающегося вокруг своей оси. Хотя это полуклассическая модель объясняет пропорциональность магнитного и механического моментов (см. выше выражение для магнитного момента вращающегося шарика), но дает неправильное значение спинового гиромагнитного отношения, равное орбитальному, а из эксперимента следует в два раза большее значение. Кроме того, эта модель противоречит теории относительности. Действительно, приравняем магнитный момент шарика магнетону Бора и найдем скорость точки на экваторе:

  ,

где  - комптоновская длина волны электрона (см.

п. 1). Следовательно, при  имеем , т.е. больше скорости света в вакууме (!).

  Подчеркнем, что в квантовой механике электрон рассматривается как точечная (бесструктурная) частица. Это подтверждается экспериментом и показывает, в частности, что спин не имеет классического аналога.

Тепловое излучение. Это испускание электромагнитных волн за счет внутренней энергии тел. Остальные излучения (свечения) за счет любого вида энергии, кроме внутренней (тепловой), называется люминесценцией. Химилюминесценция, электролюминесценция, катодолюминесценция, фотолюминесценция. Тепловое излучение происходит при любой температуре. При невысоких температурах излучаются лишь инфракрасные волны.

Физика, математика лекции учебники курсовые студенту и школьнику