泡利(W. Pauli)是物理学史上极有影响的人物,尤以目光犀利、直言不讳著称。他一度强烈反对引入电子自旋概念,这是他少有的失误。对这段历史进行一番考察是有益的。
泡利与电子自旋假说
1922年泡利就开始研究反常塞曼效应。1924年底,泡利发现,原子的角动量只能来源于外层电子,否则塞曼效应分叉的宽度就将依赖于原子序数,而这与事实不符。泡利还提出了四个量子数的思想,并致力于四个量子数与壳层电子排列的关系问题的研究。此外,他还发现,其中一个磁量子数只能取+1/2和-1/2两个值。他不知道该量子数的物理意义,把它归于一种特殊的、经典理论无法描述的“二值性”。根据碱金属和惰性气体的原子光谱学所积累的大量资料,泡利于1925年3月正式提出了不相容原理。
德国物理学家克勒尼希(R. Kronig)在哥伦比亚大学读书时,尽管受的是彻底的经典物理学的训练,但他对原子理论有浓厚兴趣,曾下很大功夫研究反常塞曼效应和全部光谱学理论。1925年1月,克勒尼希在蒂宾根时,朗德(A. Lande)给他看了泡利的一封信,信中表达了四个量子数和不相容原理的思想,这激起了他的好奇心。
由于第四个量子数不能归之于原子实,并且“在量子力学产生以前,在人们赖以讨论的唯一基础的模型语言中,它只能被刻画为电子绕其轴旋转。”由此,他“立刻想到,它可以被认为是电子的内禀角动量”。当天下午,克勒尼希就据此导出了“相对论线性公式”,并得到了双重谱线分裂的Z4比值。这一结果完全符合实验数据,也与朗德半经验的“相对论分裂法则”相一致, 而这并没有借助于相对论。为了不与索末菲(A. Som-merfeld)已经作出了完整解释的类氢光谱的精细结构的实验事实相矛盾,克勒尼希把希望寄托于轨道在其平面上的相对论性进动和电子在轨道方向上的内禀磁矩的作用的相互补偿上,即各能级具有不同的轨道角动量而有相同的总角动量。原子数的四次幂比值支持了这一观点。但进一步的研究也表明,由于反常旋磁因子为2,因此双重线分裂的计算结果总是比实验值大一倍。尽管如此,他仍认为电子自旋是一个令人着迷的想法。
1925年1月8日,克勒尼希会见了泡利,告诉了他的想法。没想到泡利明确地反对道:“这确实是很巧妙的,但当然是和实在全然无涉的。”克勒尼希虽然清楚自己的假说在理论上存在困难,但还是为泡利反对得如此明确、坚决而惊讶。朗德在得知泡利的态度后也觉得泡利既然这样说,那么这个概念肯定是错的。此后,克勒尼希又前往哥本哈根等地与海森伯(W. K. Heisenberg)、克拉默斯(H. A. Kramers)等人讨论这个假说,但均未得到积极的反响,因此便没有公开发表这一假说。在刊登于1926年4月英国《自然》周刊的文章中,克勒尼希指出了旋转速度超光速、在高速运动情况下玻尔磁子的基本单位难以成为有内部运动的电子的特征以及用电子自旋难以解释塞曼效应等诸多困难,从而得出结论:“新的假说似乎不是把家里的鬼魂从家中赶出去,而只是把它从地下室赶到下一层的地下室去。”
泡利与电子自旋假说
1922年泡利就开始研究反常塞曼效应。1924年底,泡利发现,原子的角动量只能来源于外层电子,否则塞曼效应分叉的宽度就将依赖于原子序数,而这与事实不符。泡利还提出了四个量子数的思想,并致力于四个量子数与壳层电子排列的关系问题的研究。此外,他还发现,其中一个磁量子数只能取+1/2和-1/2两个值。他不知道该量子数的物理意义,把它归于一种特殊的、经典理论无法描述的“二值性”。根据碱金属和惰性气体的原子光谱学所积累的大量资料,泡利于1925年3月正式提出了不相容原理。
德国物理学家克勒尼希(R. Kronig)在哥伦比亚大学读书时,尽管受的是彻底的经典物理学的训练,但他对原子理论有浓厚兴趣,曾下很大功夫研究反常塞曼效应和全部光谱学理论。1925年1月,克勒尼希在蒂宾根时,朗德(A. Lande)给他看了泡利的一封信,信中表达了四个量子数和不相容原理的思想,这激起了他的好奇心。
由于第四个量子数不能归之于原子实,并且“在量子力学产生以前,在人们赖以讨论的唯一基础的模型语言中,它只能被刻画为电子绕其轴旋转。”由此,他“立刻想到,它可以被认为是电子的内禀角动量”。当天下午,克勒尼希就据此导出了“相对论线性公式”,并得到了双重谱线分裂的Z4比值。这一结果完全符合实验数据,也与朗德半经验的“相对论分裂法则”相一致, 而这并没有借助于相对论。为了不与索末菲(A. Som-merfeld)已经作出了完整解释的类氢光谱的精细结构的实验事实相矛盾,克勒尼希把希望寄托于轨道在其平面上的相对论性进动和电子在轨道方向上的内禀磁矩的作用的相互补偿上,即各能级具有不同的轨道角动量而有相同的总角动量。原子数的四次幂比值支持了这一观点。但进一步的研究也表明,由于反常旋磁因子为2,因此双重线分裂的计算结果总是比实验值大一倍。尽管如此,他仍认为电子自旋是一个令人着迷的想法。
1925年1月8日,克勒尼希会见了泡利,告诉了他的想法。没想到泡利明确地反对道:“这确实是很巧妙的,但当然是和实在全然无涉的。”克勒尼希虽然清楚自己的假说在理论上存在困难,但还是为泡利反对得如此明确、坚决而惊讶。朗德在得知泡利的态度后也觉得泡利既然这样说,那么这个概念肯定是错的。此后,克勒尼希又前往哥本哈根等地与海森伯(W. K. Heisenberg)、克拉默斯(H. A. Kramers)等人讨论这个假说,但均未得到积极的反响,因此便没有公开发表这一假说。在刊登于1926年4月英国《自然》周刊的文章中,克勒尼希指出了旋转速度超光速、在高速运动情况下玻尔磁子的基本单位难以成为有内部运动的电子的特征以及用电子自旋难以解释塞曼效应等诸多困难,从而得出结论:“新的假说似乎不是把家里的鬼魂从家中赶出去,而只是把它从地下室赶到下一层的地下室去。”











