История лазера. Научное издание

Бертолотти Марио

Все частоты f различных серий можно выразить универсальной формулой:

СЃ/ = f = const (l/m² 1/n²)

где с скорость света в вакууме; n и m два целых числа, которые удовлетворяют следующим условиям:

m = 1, n = 2,3,4, серия Лаймана в УФ;

m =2, n = 3,4,5, ... серия Бальмера в видимой области;

m =3, n = 4,5,6, ... серия Пашена РІ РРљ;

m =4, n = 5,6,7, ... серия Брэкетта РІ РРљ;

m =5, n = 6,7,8, ... серия Пфунда РІ РРљ.

Влияние магнитного поля на спектральные линии

Р’

то время, когда были объяснены главные черты спектральных линий. В 1896 г. Питер Зееман (18651943) живший в Лейдене (Голландия) открыл, что магнитное поле способно воздействовать на частоты спектральных линий, испускаемых газом, помещенным в это поле.

Зееман РїСЂРѕРІРѕРґРёР» РІ Лейденском университете РІ 1893 Рі. исследования РїРѕ изучению эффекта Керра, которые были предметом его докторской диссертации. Ртот эффект касается действия магнитного поля РЅР° поляризацию света. Р’ 1896 Рі., обсуждая СЃРІРѕР№ первый эксперимент РІ работе, опубликованной РІ трудах Королевской академии РІ Амстердаме, РѕРЅ указывал, что его открытие было отталкивалось РѕС‚ результатов Фарадея, РІ 1854 Рі., открывшего влияние магнитного поля РЅР° плоскость поляризации линейно поляризованного света (этот эффект Фарадея сходен СЃ эффектом Керра). Уже РІ то время Фарадей осознал, что свет Рё магнитное поле тесно связаны. Максвелл РіРѕРІРѕСЂРёР», что Фарадей посвящал СЃРІРѕРё последние эксперименты изучению влияния магнитного поля РЅР° свет, испускаемый источником, помещенным РІ магнитное поле, РЅРѕ ничего РЅРµ сообщил Рѕ результатах. Позднее РґСЂСѓРіРёРµ исследователи пытались повторить этот эксперимент, РЅРѕ безуспешно.

Зееман был очень дотошным экспериментатором и полагал, что Фарадей не пришел к определенным результатам, потому что эффект был очень слабым. Поэтому он тщательно спланировал эксперимент и в 1896 г. получил положительный результат. Как это уже делалось Фарадеем, Зееман поместил пламя бунзеновской горелки с хлористым натрием в поле электромагнита и изучал спектр с помощью дифракционной решетки высокого разрешения. Он наблюдал D-линию натрия (которая на самом деле дублет тесно расположенных линий) и увидел, что когда электромагнит включался, линия уширялась. Первоначально он думал, что это эффект влияния магнитного поля на температуру и плотность паров в пламени. Но последующие эксперименты показали влияние магнитного поля на D-линию натрия.

Рспользуя улучшенное спектральное разрешение, РѕРЅ позднее установил, что эффект заключается РІ разделении линии испускания цинка или кадмия РЅР° РґРІРµ или три линии, РІ зависимости РѕС‚ направления наблюдения РїРѕ отношению Рє ориентации магнитного поля (СЂРёСЃ. 12).

Рис. 12. Примеры аномального (для цинка) и аномального (для дублета натрия) эффекта Зеемана

Как раз перед этим открытием Г.А. Лоренц (18531928) начал создавать теорию свойств электронов, которая позднее была

опубликована в его знаменитой книге Теория электронов (Лейпциг, 1909). Он сразу же объяснил этот эффект, рассматривая электроны, связанные в атомах квазиупругим образом.

Лоренц также работал в Лейденском университете, где он получил докторскую степень в 1875 г. В возрасте двадцати четырех лет, в 1877 г., он был назначен заведующим кафедрой теоретической физики в Голландии.

Лоренц имел обширные интересы РІ физике Рё математике, РЅРѕ его наиболее значительным достижением было развитие электромагнитной теории Максвелла РґРѕ этапа, РіРґРµ стала очевидной необходимость радикального изменения РѕСЃРЅРѕРІ физики, что инспирировало теорию относительности Рйнштейна. РћРЅ РѕР±СЉСЏСЃРЅРёР» отрицательный результат 1887 Рі. опыта Альберта Рђ. Майкельсона (18521931) Рё Рдварда Р’. Морли (1838 1923). Р’ этом эксперименте пытались увидеть, РЅРµ распространяется ли свет СЃ разной скоростью РІ направлениях РїРѕ движению Земли РІ пространстве Рё перпендикулярном ему. Лоренц предположил, что материальные тела сокращаются РІ размере РїРѕ направлению своего движения. Р’ 1904 Рі. РѕРЅ формализовал эту гипотезу, известную как лоренцовское сокращение, дав математическую форму этого преобразования. Рти преобразования Лоренца сыграли очень важную роль РІ теории Рйнштейна, которая теоретически укрепила РёС… РѕСЃРЅРѕРІСѓ.

В серии работ, опубликованных в период 18921904 гг., Лоренц построил электронную теорию, которая позволила ему объяснить ряд явлений. Он использовал свою теорию для объяснения эффекта, открытого Зееманом, и оба эти исследователя разделили Нобелевскую премию в 1902 г. за открытие и объяснение этого важного эффекта.

Согласно теории Лоренца, свет испускается атомными заряженными частицами (электронами), РЅР° движение которых влияет магнитное поле согласно законам классического электромагнетизма. РР· изменения частоты, получаемого РёР·-Р·Р° магнитного поля, Лоренц Рё Зееман смогли определить отношение между зарядом Рё массой частицы, которая испускает свет, Р° также знак Рё значение заряда. Первоначально РѕРЅРё допустили ошибку РІ расчетах Рё сочли, что знак положителен, РЅРѕ затем исправили расчет Рё получили отрицательный знак. Р’ это же время РІ Кембридже Дж. Дж. РўРѕРјСЃРѕРЅ РІ экспериментах 1897 РіРѕРґР°, измерил отношение между зарядом Рё массой СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРіРѕ электрона, Р° позднее, РІ 1899 Рі., измерил знак заряда. Полученные данные были идентичны тем, что были найдены Зееманом Рё Лоренцем Рё доказывали, что электроны независимо РѕС‚ РёС… происхождения являются идентичными.

РќРµ следует недооценивать важность эффекта Лоренца РІ теории строения атома. Успех, достигнутый теорией Лоренца эффекта Зеемана, показал, что частицы СЃ РѕРґРЅРёРј Рё тем же отношением заряд/масса, что Рё электрон, присутствуют РІ атоме Рё ответственны Р·Р° испускание спектральных линий. Рто было прямым доказательством, что испускание света производится электронами.