塞曼效應(yīng)和斯塔克效應(yīng)，推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展！

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1、第三十二章：塞曼效應(yīng)和斯塔克效應(yīng)，推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展!〃斯塔克效應(yīng)〃這個(gè)詞對(duì)于大家來說，相對(duì)陌生。但斯塔克效應(yīng)推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展,在物理學(xué)中是非常值得關(guān)注的一個(gè)現(xiàn)象。斯塔克的全名是約翰尼斯?斯塔克,德國(guó)著名物理學(xué)家，種族主義者,1919年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，”斯塔克效應(yīng)〃的發(fā)現(xiàn)者。他以精湛的研究成果在原子物理學(xué)領(lǐng)域里獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷數(shù)年。在硏究陽(yáng)射線過程中發(fā)現(xiàn)一種重要規(guī)律,并發(fā)現(xiàn)了"斯塔克效應(yīng)""斯塔克-愛因斯坦方程〃〃斯塔克數(shù)〃等等。但他也是種族主義者。希特勒上臺(tái)后他加入納粹黨籍，被希特勒任命為德國(guó)物理技術(shù)研究

2、所所長(zhǎng),曾多次在公開場(chǎng)合批判和攻擊海森堡。後因?qū)掖胃缮婕{粹上層官員的事物，被開除納粹黨籍。1947年被盟國(guó)軍事法庭宣判服苦役4年。服完苦役後于1957年在巴伐利亞老家的莊園里逝世。他的政治傾向，我們現(xiàn)在應(yīng)該看淡，因?yàn)樗呀?jīng)死去。他的研究成果,我們應(yīng)該尊重,因?yàn)檫@些理論，還在幫助我們認(rèn)清這個(gè)世界。?■?靈遁者?-°V接下來看看他的理論內(nèi)容，斯塔克效應(yīng)是指原子和分子光譜譜線在外加電場(chǎng)中發(fā)生位移和分裂的現(xiàn)象。分裂和位移量稱為斯塔克分裂或斯塔克位移。斯塔克效應(yīng)又可分為一階和二階斯塔克效應(yīng)?！A的情況下光譜分裂或位移是與

3、電場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系二階則是和電場(chǎng)強(qiáng)度呈二次方關(guān)系。斯塔克效應(yīng)對(duì)應(yīng)于帶電粒子譜線的壓力增寬（斯塔克增寬）O當(dāng)譜線的分裂或位移在吸收線發(fā)生時(shí)則稱為逆斯塔克效應(yīng)。由電場(chǎng)造成的斯塔克效應(yīng)與由磁場(chǎng)造成譜線分裂成數(shù)個(gè)部分的塞曼效應(yīng)相似。斯塔克效應(yīng)可使用全量子力學(xué)的方式解釋，但也有許多基于半經(jīng)典物理的方式?？赡苓@樣說，大家不好理解。具體地講，就是在電場(chǎng)強(qiáng)度約為100萬(wàn)伏/厘米時(shí)，原子發(fā)射的譜線的圖案是對(duì)稱的，其間隔大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。在此之前，塞曼等科學(xué)家也做過此類研究，但都失敗了。斯塔克在鑿孔陰極后僅幾毫米處放置了第三個(gè)

4、極板，并在這兩極之間加了2萬(wàn)伏/厘米的電場(chǎng)，然后用分光計(jì)在垂直于射線的方向上測(cè)試,觀察到了光譜線的分裂。它的原理是原子或分子存在固有電偶極矩，在外電場(chǎng)作用下引起附加能量,造成能級(jí)分裂,裂距與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比,稱為一級(jí)斯塔克效應(yīng);不存在固有電偶極矩的原子或分子受電場(chǎng)作用,產(chǎn)生感生電矩,在電場(chǎng)中引起能級(jí)分裂,與電場(chǎng)強(qiáng)度平方成正比，稱為二級(jí)斯塔克效應(yīng)。—般二級(jí)效應(yīng)比一級(jí)效應(yīng)小得多。斯塔克分裂的譜線是偏振的。對(duì)斯塔克效應(yīng)的圓滿解釋是早期量子力學(xué)的重大勝利。斯塔克研究了含有氫氣的管子中極隧射線通過強(qiáng)電場(chǎng)的1W況。1913年

5、他在硏究過程中觀察到氫譜線加寬了。他立即聯(lián)想到十七年前塞曼(P.Zeeman)的發(fā)現(xiàn)。這會(huì)不會(huì)是與塞曼效應(yīng)對(duì)應(yīng)的一種電學(xué)現(xiàn)象？所以我們有必要先了解塞曼效應(yīng)。塞曼效應(yīng)（外文名Zeemaneffect）,在原子、分子物理學(xué)和化學(xué)中的光譜分析里是指原子的光譜線在外磁場(chǎng)中出現(xiàn)分裂的現(xiàn)象。荷蘭物理學(xué)家塞曼在1896年發(fā)現(xiàn)把產(chǎn)生光譜的光源置于足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)作用于發(fā)光體使光譜發(fā)生變化，一條譜線即會(huì)分裂成幾條偏振化的譜線，這種現(xiàn)象稱為塞曼效應(yīng)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),很多原子的光譜在磁場(chǎng)中的分裂情況非常復(fù)雜，稱為反常塞曼效應(yīng)。

6、完整解釋塞曼效應(yīng)需要用到量子力學(xué),電子的軌道磁矩和自旋磁矩耦合成總磁矩，并且空間取向是量子化的，磁場(chǎng)作用下的附加能量不同，引起能級(jí)分裂。在外磁場(chǎng)中，總自旋為零的原子表現(xiàn)岀正常塞曼效應(yīng)，總自旋不為零的原子表現(xiàn)出反常塞曼效應(yīng)。塞曼效應(yīng)是法拉第磁效致旋光效應(yīng)之后發(fā)現(xiàn)的又一個(gè)磁光效應(yīng)。這個(gè)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是對(duì)光的電磁理論的有力支持，證實(shí)了原子具有磁矩和空間取向量子化，使人們對(duì)物質(zhì)光譜、原子、分子有更多了解，特別是由于及時(shí)得到洛侖茲的理論解釋，更受到人們的重視,被譽(yù)為繼X射線之后物理學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之具體過程是這樣的，在1896

7、年，荷蘭物理學(xué)家塞曼使用半徑10英尺的凹形羅蘭光柵觀察磁場(chǎng)中的鈉火焰的光譜，他發(fā)現(xiàn)￥內(nèi)的D譜線似乎出現(xiàn)了加寬的現(xiàn)象。這種加寬現(xiàn)象實(shí)際是譜線發(fā)生了分裂。隨后不久,塞曼的老師、荷蘭物理學(xué)家洛侖茲應(yīng)用經(jīng)典電磁理論對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。他認(rèn)為,由于電子存在軌道磁矩,并且磁矩方向在空間的取向是量子化的，因此在磁場(chǎng)作用下能級(jí)發(fā)生分裂,譜線分裂成間隔相等的3條譜線。1897年12月，普雷斯頓報(bào)告稱，在很多實(shí)驗(yàn)中觀察到光譜線有時(shí)并非分裂成3條，間隔也不盡相同，人們把這種現(xiàn)象叫做為反常塞曼效應(yīng),將塞曼原來發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象叫做正常塞曼效

8、應(yīng)。反常塞曼效應(yīng)的機(jī)制在其后二十余年時(shí)間里一直沒能得到很好的解釋，困擾了一大批物理學(xué)家。1925年,兩名荷蘭學(xué)生烏侖貝克和古茲米特提岀了電子自旋假設(shè)，很好地解釋了反常塞曼效應(yīng)。應(yīng)用正常塞曼效應(yīng)測(cè)量譜線分裂的頻率間隔可以測(cè)出電子的荷質(zhì)比。由此計(jì)算得至啲荷質(zhì)比數(shù)值與約瑟夫湯姆生在陰極射線偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的電子荷質(zhì)比數(shù)量級(jí)是相同的，二者互相印證，進(jìn)一步證實(shí)了電子的存在。塞曼效應(yīng)也可以用來測(cè)量天