Нобель сыйлыгына ээ болгон физиктер жөнүндө баян

Нобель сыйлыгынын экинчиси болуп, 1902-жыл үчүн нидерланддык физиктер Хендрик Антон Лоренц жана Питер Зееман экөө алган. Нобель Комитетинин корутундусу:“ Магнетизмдин нурдануу кубулушуна тийгизген таасирин изилдөө аркылуу илимге эбегейсиз чоң салым кошкондуктары үчүн”.
Голандиянын атактуу физик-теоретиги Хендрик Антон Лоренц 1853-жылдын 15-июлунда Арнем шаарында төрөлгөн. Болочок окумуштуунун атасы Геррит Фредерик Лоренц (1822 – 1893) Велпа шаарына жакын жерде мөмөлүү дарактардан турган чоң бактын ээси болгон.
Энеси Гертруда ван Гинкел (1826-1861) Утрехт провинциясынын Ренсвауде кыштагынан болгон. Хендрик бала кезинен энесинин зор камкордугу астында чоңоюп келе жаткан. Бирок тилекке каршы, энеси эрте каза болуп (1861-жылы), өгөй энеси Люберте Хюпкестин (1819-1897) колунда тарбияланат. Люберте айым абдан боорукер аял блгондуктан 8 жашар Хендрик кордук көрбөй эс тарткан. Ал жөнүндө Лоренц өзүнүн көптөгөн эскерүүлөрүндө жазат. Жаш Хендрик мектепке 6 жашынан барган. Тиммердин башталгыч мектебинде эле ал физика жана математиканын аркаксынан түшкөн. Себеби , мугалими Тиммер өзү ошол кездеги Голландияга абдан популярдуу болгон физика окуу китептеринин автору эле. Андан кийин ал Арнемдеги гимназияда окуусун улантып, тез эле эң алдыңкы окуучу боло алган. Анын физикага болгон кызыгуусуна бир топ белгилүү окуу китептердин автору Вандер Стадт дагы себепкер болгон.
Лоренц 1870-жылы Голландияда эң биринчи түзүлгөн Лейден университетинин физика факультетинин студенти болуп калат. Ошол кезде Лейденде европалык деңгээлде бааланган окмуштуу-профессорлор: математик-физик Питер ван Гер, физик Питер Рейке жана астроном Фредерик Кайзерлер эмгектенишкен. Хендрик Лоренц жогорудагы үч профессорлордун купулуна тез эле толуп, алардын жетекчилиги астында алгачкы илимий эмгектерин жарата баштаган. Студент кезинде эле ал атактуу Джеймс Максвеллдин эмгектерин толук өздөштүрүп, электромагниттик талаанын негизги теңдемелеринин эң күчтүү эксперттеринин бири болуп калат.
Классик окмуштуулар Герман Гельмгольц, Огюстен Френель жана Майкл Фарадейлердин эмгектери Лоренц үчүн оңой эле түшүнө турган нерсе болуп калган. 1871-жылы ал университеттин магистр программасын өзгөчө артыкчылык менен бүтүрүп, доктордук диссертациясын даярдоо максатында Арнем колледжинде жана өзү бир кезде окуган Тиммердин мектебинде лекцияларды окуй баштайт. Лоренц универсалдуу окумуштуу болуу жолуна ошондо эле түшкөн дешет. Тарыхты абдан жакшы өздөштүргөн. Адабият жаатында Вальтер Скот (1771-1832), Уильям Теккерей (1811-1863) жана Чарльз Диккенстин (1812-1870) чыгармаларын эң жогорку деңгээлде талдай билген. Эс тутуму укмуш болгон. Англис, француз жана немис тилдеринде эркин сүйлөп, жаза алган. Университетке кирер алдында аз эле убакыт ичинде грек жана латынь тилдерин өздөштүргөн.
Лоренцтин негизги илимий багыты болуп Максвеллдин электро-магниттик теориясы эсептелет. Мектепте иштеп жүргөнүндө оптика жана электр кубулуштары боюнча изденүү тажырыйбаларын өткөрүп жүргөн. Ал турсун Лейден банкасын (конденсатор) пайдаланып, электромагниттик толкунду кармоого аракет кылган! 1873-жылы Лоренц “Жарыктын чагылуу жана сынуу теориясына карата” деген темадагы доктордук диссертациясын өзгөчө артыкчылык менен коргогон. Жаш жана таланттуу илим докторун Лейден унивеситетине чакырышкан. Бирок мектепти кыя албай 5 жыл иштеп, андан кийин университеттин теориялык физика боюнча алгачкы профессору кызматына шайланган. Анын лекциялары абдан популярдуу болуп, жазган окуу китептери бүткүл Европада бааланган. 1881-жылы Хендрик өзүнүн окутуучусу, профессор Кайзердин жээн кызы Алетта Кайзерге (1858-1931) үйлөнгөн жана алар эки кыз, бир уулдун бактылуу ата-энелери болушкан.
Х.А.Лоренц табиятынан абдан жупуну жана тартынчаак болгон дешет. Өзүнүн илимий макалаларын Голандияла эле жарыялап жүргөн. Ал биринчи жолу 1897-жылы гана Дюссельдорф шаарында өткөн немистердин табият таануучулар жана врачтар конференциясына катышат жана дароо өзүнүн күчтүү деңгээлин көрсөтө алат. Натыйжада, Людвиг Больцман (1844-1906), Вильгельм Вин (1864-1928), Анри Пуанкаре (1854-1912), Макс Планк (1858-1947), Вильгельм Рентген (1845-1923) өңдүү ири окмуштуулар менен таанышып, баарлашып, пикир алышат. Аталган окумуштууларга Лоренцтин Максвелдин электродинамика боюнча ишин улантып, “заряддалган бөлүкчөлөрдүн” жашаарын жана алар ар кандай заттын структуралык бирдиги болорун далилдеген теориялык эсептөөлөрү жаккан. Бардыгы Лоренцтин эмгектерин ишеним менен кабыл алышкан. Аталган версияны Лоренц 1892-жылы эле илимий журналга жарыялаган болчу. Кийин аны абдан активдүү улантып, бир топ оптикалык кубулуштарды ийгиликтүү түшүндүрө алган. Мисалы, дисперсия, металлдардын касиети, кыймылда болгон чөйрөлөрдүн электродинамикасынын негиздери ж.б. Анын электрондук теориясынын эң олжолуу тыянагы болуп магнит талаасындагы спектралдык сызыктардын ажырашын алдын ала айтуу жана анын табиятын түшүндүрүү болду. Чынында эле, бул эффекти голландиялык физик-экспериментатор Питер Зееман (§ 3.2) 1896-жылы таап өлчөгөн. Ушундан кийин Лоренцтин атагы чыгып, көптөгөн университеттерден чакыруу ала баштаган. Ал атайын докладдар менен Берлиндин (1904), Париждин (1905), Нью-Йорктун (Колумбия) унивеситеттеринде болуп келген. Нидерланды мамлекети да аны колдон чыгарып жибербөө максатында жакшы шарттарды түзүп берген. Өзүнчө кабинет, жеке лаборатория , атайын ассистент бөлүнүп берилип, лекциясы азайтылган. Мындай көмөк окумуштууну чыйралтып, жемиштүү иштөөсүнө өбөлгө болгон. 1909-жылы Лоренцти Нидерланды Королдук академиясынын физика бөлүмүнүн төрагасы кылып шайлашкан жана ал бул кызматта 12 жыл эмгектенген.
Илимде дүңгүрөгөн ийгилик менен аянычтуу оң келбестиктер жанаша жүрүшөт. Лоренцтин жүрөгүн ооруткан нерсе XX кылымдын башында пайда болгон салыштырмалуулук теориясы менен кванттык идеялардын алгачкы түшүнүктөрү болду. Ал эки идея тең революциялык түшүнүк Лоренцтин электрондук теориясын эле эмес, жалпы классикалык физиканын мыйзамдарына ишенбөөчүлүктү пайда кылды. Голландиялык физик бүт билимин жумшап, туңгуюктан жол издеди. Бирок жаңы идея өзүнүн ишенимдүү кадамы менен каптап келе жатканын даанышман профессор жакшы түшүнгөн. Анын көсөмдүгү жана көтөрүмдүүлүгү, айрыкча, 1911-жылы өткөн физиктердин I Сольвей конгрессинде көрүндү. Ал конгресске Лоренц бир добуштан төрагалык кылууга бекитилген эле. Жыйындын негизги темасы нурдануунун кванттык теориясы болгон. Физикадагы жаңы жана эски көз караштардын айыгышкан күрөшү жүрүп жатты. Лоренц өзүнүн табигый интелликтисинин натыйжасында дүйнөнүн мен деген илимпоздорун башкарып, конгресстин жемиштүү аякташына баа жеткис салым кошкон. Атактуу физиктер Альберт Эйнштейн (§ 23), Макс Борн (§ 60) ж.б. окмуштуулардын ыраазы болгон пикирлери бар.
1911-жылы Х.А.Лоренц ордуна Пауль Эренфести (1880-1933) калтырып, өзү Харлем шаарындагы Тейлордун музейине (арасында илимий лабораториясы бар атайын физика кабинети болгон) жана Голландиянын илимий коомуна куратор болуп дайындалган. Негизги милдети илимди пжайылтуу жана даңазалоо болчу. Мамлекеттик деңгээлдеги иш-чараларды уюштуруп, мектеп мугалимдеринен, университеттин окутуучуларына чейин билимди өркүндөтүү жана илимдин алдыңкы жаңылыктарын жайылтууну ийгиликтүү колго алган. Ошону менен бирге ал ар бир дүйшөмбү сайын саат 11.00дө Лейден университетинде лекция окуп турган. Ага дүйнө жүзүнөн келген ири жана жаш окмуштуулар катышышкан. Педагогиканын маанисин терең түшүнүп, 1921-жылы Нидерландынын билим берүү департаментин башкарган (министр). Лоренц ал кезде 68 жашта болчу. Сольвей конгресстеринин беш отурумун катары менен башкарган (1927-жылга чейин). Ал карыса да тыным албастан активдүү иштеген. Кыска мөөнөттүк оорудан кийин 1928-жылдын 4-февралында дүйнөдөн кайткан. Акыркы сапарга узатуу аземине көптөгөн өлкөлөрдөн атактуу окмуштуулар катышкан.
Эми Хендрик Лоренцтин илимий чыгармачылыгына көз чаптыралы. Анын илимий карьерасы жаңыдан башталган кезде, гениалдуу Максвеллдин электродинамикасы өз апогейине жетип турган болчу. Бирок ал теория жарык толкундарынын вакуумдагы гана таралышын түшүнүдүрө алган. Ал эми жарык заттын ичинде тараса эмне болот? Буга жооп жок эле! Лоренц өзүнүн доктордук дисссертациясында эле заттардын оптикалык касиеттерин жарыктын электромагниттик теориясынын негизинде түшүндүрүүгө аракет кылган. Ошол эле теорияга таянып, ал эки тунук чөйрөнүн чегиндеги жарыктын чагылуу жана сынуу маселелерин чечкен. Ошол эки процесс төрт чек аралык шарт менен аныкталып, электр жана магнит талааларынын векторлорунун чөйрө бөлүшүүсүнүн бетине камтыларын олуттуу математикалык жол менен көрсөткөн жана андан Френелдин белгилүү формуласын чыгарган. Мындан сырткары, Лоренц кристаллдар менен металлдар үчүн толук ички чагылууну жана алардын жалпы эле оптикалык касиеттерин аныктаган. Ошентип, ал заманбап электромагниттик оптиканын негизин түзгөн. Андан мурунку иштери жарыктын таралышынын жалпы мыйзамдарына арналган эле. Заттардын оптикалык касиеттеринин конкретүү тыянактарын алуу үчүн Лоренц алардын молекулалык түзүлүшү жөнүндөгү көз караштарга таянган. Ал макаласын “Жарыктын тароо ылдамдыгы менен чөйрөнүн тыгыздыгы жана составынын катыштары жөнүндө” деген аталыш менен 1879-жылы жарыялаган. Эфир заттын ичинде эркин мейкиндиктегидей эле касиетке ээ болот деп болжолдогон жана ар бир молекулада сырткы электр күчү ага пропорциялаш болгон электр моментин дүүлүктүрөт деп эсептеп, Лоренц чөйрөнүн сынуу көрсөткүчү менен заттын тыгыздыгынын ρ катышын тапкан: (n^2-1)/(n^2+2)ρ= const.
Муну өз кезегинде, 1869-жылы даниялык физик Людвиг Валентин Лорентц (1829-1891) жарыктын серпилгич теориясынын негизинде алган болчу. Ошондуктан жогорку формуланы физиктер Лоренц – Лорентцтин формуласы аталат.
Хендрик Лоренцтин илимий ишинин эң көрүнүктүүсү – бул электрондук теория. 1890-жылдардын башында эле Лоренц электродинамикадагы популярдуу деп эсептелген алыскы аракет концепциясынан четтеп, жакынкы аракет принцибине оогон. Ал учурда немис физиги Генрих Герц (1857-1894) Максвелл алдын ала айтып кеткен электромагниттик толкундарды тажырыйба жолу менен ачкан. Ал эми Анри Пуанкаре (1854-1912) 1890-жылы абдан ынанымдуу жол менен Фарадей – Максвелл теориясын дагы бир жолу терең анализдеп чыккан. Жогорку далилдүү ачылыштар Лоренцке шык берген жана ал өзүнүн электрондук теориясынын негизин 1892-жылы түзгөн. Бул теорияны Максвелдин электромагниттик теориясынын кошума толуктоосу катары карашат. Чынында эле ошондой. Бирок Лоренц заттын түзүлүшүнүн негизи кылып дискреттик электр заряддары болорун эске алган. Талаа менен кыймылдагы заряддардын аракеттенишүүсү – заттардын электрдик, магниттик жана оптикалык касиеттеринин булагы экенин далилдеген! Металлдарда заряддалган бөлүкчөлөрдүн багытталган кыймылы электр тогун пайда кылса, диэлектрлерде болсо ошол эле бөлүкчөлөрдүн тең салмактуулук абалдан жылышуусу электр уюлдашуусуна алып келет жана ошол эле заттын диэлектрдик турактуулун аныктайт. Лоренц электрондук теория боюнча чоң эмгегин “Максвелдин электромагниттик теориясы жана анын кыймылдагы заттарга колдонулушу” деп атап, 1892-жылы жарыкка чыгарган. Ушул эле китепте автор кыймылдагы зарядка талаа кандай күч менен аракет жасар формуласын келтирген. Аны Лоренц күчү деп аташат. Кийинки жылдары окмуштуу эки чоң монографиясы менен алгачкы эмгектерин ийгиликтүү толуктаган:
1. “Кыймылдагы заттардын электрдик жана оптикалык кубулуштарынын теориясын далилдөөчү тажырыйбалар” – 1895-жыл.
2. “Электрондор теориясы жана анын жарык, жылуулук, нурдануу кубулуштарына колдонулушу” – 1909-жыл.
Дискреттик заряддар менен электромагниттик талаанын аракеттенишүүлөрү жөнүндөгү изилдөөлөр мурун Вильгельм Вебер (1804-1891), Бернгард Риман (1826-1866) жана Рудольф Клаузиустар (1822-1888) тарабынан да жүргүзүлгөн. Бирок алардын бардыгы заряддардын бири-бири менен өз ара аракеттенишин гана карашкан. Ал эми Лоренцке келсек, жогоруда белгиленгендей, электрондор өздөрү жайгашкан чөйрө менен б.а. Максвелдин теңдемелерине баш ийген кыймылсыз электромагниттик эфир менен аракеттенишет. Эфир жөнүндөгү мындай көз караш азыркы элетромагниттик талаа жөнүндөгү пикирлерге шайкеш. Лоренц эфир менен материяны так айырмалаган: алар бири-бирине механикалык кыймылды бере алышпайт жана алардын өз ара аракеттенишүүлөрү электромагнетизм сферасы менен чектелип турат. Бул аракеттенишүү күчү чекиттик заряд үчүн Лоренц күчү деп аталат.
Лоренц өзүнүн теориясын түрдүү физикалык кырдаалдарга колдонуу менен бир топ пайдалуу жыйынтыктарга келген. 1892-жыл Кулондун мыйзамынын формуласын, ток өтүп жаткан өткөргүчкө аракет кылган күчтүн туюнтмасын жана электромагниттик индукция мыйзамын келтирип чыгарган! Өзүнүн атында аталган сферанын жардамы менен Лоренц-Лорентц формуласын алган. 1898-жылы жарык көргөн “Иондун заряды менен массасынан пайда болгон оптикалык кубулуштар” аттуу макаласында ал дисперсия кубулушунун классикалык теорясын сунуш кылган. Бул теория бүгүнкү күндө да абдан актуалдуу. Бул теориянын талабына ылайык, дисперсия — жарык менен термелген дискреттик заряддын аракетенешишүүсүнүн жыйынтыгы катары түшүндүрүлөт.
1905-жылы Х.Лоренц металлдардын өткөрүмдүүлүгүнүн электрондук теориясына арналган бир топ макалаларды жазган. Мындай эмгектер алгач Пауль Друде (1863-1906), Карл Рикке ( 1845-1915) жана Джи Джи Томсондор (§ 7) аркылуу башталган болчу. Алардын сунуштарына ылайык, көп сандагы эркин заряддалган бөлүкчөлөр (электрондор) металдын кыймылсыз атомдорунун (иондорунун) арасында кыймылдап (аралап) жүрүлгөн делинет. Ал эми Лоренц металлдын ичиндеги электрондордун ылдамдыктар боюнча бөлүштүрүүлөрүн (Максвеллдин бөлүштүрүүсү) эске алган жана газдардын кинетикалык теориясындагы статистикалык ыкманы (бөлүштүрүү функциясы үчүн кинетикалык теңдеме) колдонуп, салыштырмалуу электр өткөрүмдүүлүгүнүн формуласын чыгарган жана термо-электрдик кубулушка анализ берип, жылуулук өткөрүмдүүлүктүн электр өткөрүмдүүлүккө болгон катышын тапкан, ал формула Видеман (1826-1899) – Францтын мыйзамына абдан төп келишкен. Лоренцтин теориясы металлдар физикасы, кинетикалык теориялар үчүн зор тарыхый мааниге ээ болду. Ошондой болсо дагы кээ бир тажрыйбалардын жыйынтыгына карата теорияда сандык айырмачылыктар орун алды. Мисалы, металлдардын магниттик касиетин түшүндүрө албады жана алардын салыштырмалуу жылуулук сыйымдуулугуна болгон эркин электрондордун аз үлүшү да түшүнүксүз калды. Булардын бардыгын жаңыдан пайда болуп келе жаткан, квант механикасы гана түшүндүрө алды.
Электрондук теориянын дагы бир ийгиликтүү колдонулушу — бул магнитооптикада болду. Лоренц Фарадей эффектисине (магнит талаасындагы уюлдашуу тегиздигинин айлануусу) жана Керрдин магнитооптикалык эффектисине (магниттик чөйрөдөн чагылган жарыктын уюлдашуусунун өзгөрүшү) теориялык түшүндүрмө бере алган. Эң чоң ийгилик спектралдык сызыктардын магниттик ажыратуу кубулушун (Зееман эффекти) электрондук теориянын жардамы менен далилдөө болгон (бул эффект китебибиздин §3.2 да кеңири каралат). Лоренцтин теориясы электрондун эксперименталдык жактан катталышына эбегейсиз түрткү берген.
XIX кылымдын аягында жана XX кылымдын башында Лоренц дүйнөнүн эң алдыңкы физик-теоретиктеринин бири деп эсептелген. Ал, Альберт Эйнштейндин салыштырмалуулук теориясынын өбөлгөсү болгон кыймылдагы чөйрөнүн электродинамикасын өркүндөтүү аракетинде өзүнүн электрондук теориясын колдонуп, өзгөчө салым кошкон. 1892-жылы окумуштуу эфирди толук кыймылсыз жана тунук деп кабыл алып, кыймылдагы нерсе үчүн жарыктын чагылуусун сүрөттөгөн жана андагы кош жарык сынуусун далилдеген, анан дагы эфирдин ээрчүү коэффициентин эсептеген. Натыйжада, эфир идеясынын жараксыз экендиги келип чыкты. 1904-жылы координаталардын өзгөртүлүп түзүлүшү боюнча жаңы теңдемелерин жарыялаган. Анын теориясына ылайык, кыймылдагы нерселердин өлчөмүнүн кыскарышы (кыймыл багытына шайкеш), убакыттын өтүшүнүн өзгөрүшү сыяктуу жыйынтыктар алынган. Каарманыбыздын физикага кошкон дагы башка салымдары:
Лоренцтин координаталарды өзгөртүп түзүүсү;
кыймылдаган чөйрөнүн электродинамикасы;
Лоренц жана салыштырмалуулуктун атайын теориясы;
гравитация жана салыштырмалуулуктун жалпы теориясы;
термодинамика жана газдардын кинетикалык теориясы;
жылуулук нурдануулары жана кванттар.
Жогорудагы саналган физиканын түшүнүктөрүнө Хендрик Антон Лоренц эбегейсиз зор салым кошкон.

3.2. Питер Зееман жана анын эффекти

Питер Зееман Нобель сыйлыгын 1902-жылы үчүн Х.А.Лоренц менен тең бөлүшүп алган. Нобель комитети Зееманга сыйлыкты “Магнитизмдин радиациялык кубулуштарга тийгизген таасирин изилдөөдөгү көрүнүктүү эмгеги үчүн” деген баа менен ыйгарган. Питер Зееман 1865-жылдын 25-майында Нидерландынын Зоннемар шаарында туулган. Атасы Катаринус Форандинус Зееман лютеран пастору болгон, Энеси Вильгельмина Ворст. Башталгыч билимди Питер алгач Зоннемайер кыштакчасында алган. Андан кийин ошол айылдан алыс эмес шаарчадан орто мектепти ийгиликтүү аяктагандан кийин, ал эки жыл Делфт шаарында грек жана латынь тилдерин ийгиликтүү үйрөнгөн. Жаш кезинен эле Питер түндүк уюлдук жаркыроо кубулушу жана жылуулук теориясы боюнча рефераттарды жазып, мугалим-окутуучулардын көңүлүн өзүнө бурган. Андан кийин Зееман Лейден университетине кирип, атактуу физиктер Хейке Камерлинг-Оннес (§15) менен Хендрик Лоренцтин түздөн-түз таасири астында билим алган. Окуу жайды эң сонун аяктап, 1890-жылдан баштап сабак бере баштаган жана профессор Хейке Камерлинг- Оннестин лабораториясында алгачкы илимий иштерин баштаган. Андан кийин үч жыл Страсбург университетинин Кольрауш институтунда лекция окуган жана физикалык эксперименттерди жүргүзгөн. Анын алгачкы илимий макаласы “Магнит талаасындагы жарыктын темир, никель жана кобальт элементтеринен чачырашы жөнүндө” деп аталып, 1894-жылы “Arch. Neerlandoises” журналында жарыяланган. 1896-жылы магнит талаасынын нурдануунун спектралдык сызыктарына тийгизген таасирин изилдей баштайт жана жаңы эффект табат. Бул эксперименталдык ачылыш Х.Лоренцтин электромагниттик нурдануу теориясын толугу менен ырастаган. 1900-жылы Зееман Амстердам университетинин профессору болуп шайланып, 1908-жылдан баштап ошол эле университеттин Физика институтунун директору болуп дайындалган.
1895-жылы Питер Зееман Элизабет Лебреге үйлөнүп, экөө үч кыз, бир уулдуу болушкан. Өзүнүн эмгек жамаатында чыныгы лидер болгон жана жүрүш-турушу жаштарга эң сонун үлгү эле. Питер Зееман 1943-жылдын 9-октябрында (78 жашында) Амстердамды гитлердик Вермахт басып алган учурда каза болгон. Питер Зеемандын илимий иштери магнит талаасынын нурдануу спектрлерине болгон таасири менен байланыштуу. Зееман эффектиси анын эң башкы илимий ийгилиги. Эффектин эң негизи болуп, электрон магнит талаасына дуушар болгондо кошумча энергияга ээ болот дагы, ошол эле энергия атомдук спектралдык сызыктын ажыроосуна алып келет. Эффект 1896-жылы ачылган. Анын классикалык физиканын негизинде түшүндүрмөсүн Хендрик Лоренц берген. Анын пикирине ылайык, атом классикалык гармоникалык осциллятор катары каралат жана анын индукциясы В болгон магнит талаасындагы кыймыл теңдемеси (айталы Z огун бойлой) төмөнкүдөй жазылат:
m_(e ) dv/dt =- m_(e ) ω_0^2 r – eϑ×B,
Мында,ϑ – электрондун ядрону тегеренип айлануу ылдамдыгы,m_e – электрондун массасы, ω_0- электрондук диполдук өтүүнүн резонанстык жыштыгы. Теңдемедеги акыркы мүчө Лоренцтин күчү менен сыпатталат. Эми Лармор жыштыгы аттуу чоңдукту киргизели Ω_(L )= eB/(2m_e ) . Теңдеменин чечимин талдай турган болсок, диполь моментинин резонанстык жыштыгы магнит талаасында үч жыштыкка ажырайт, ω ≅ ω_(0 )± Ω_(L )жана аларды лоренцтик же жөнөкөй зеемандык триплет деп аташат. Ошентип, электрон, магнит талаасында атом ядросунун айланасында эле тегеренип тим болбостон, магнит талаасынын өзгөчөлөнгөн, айталы, Z багыты боюнча татаал кыймылга катышат. Электрондук булутча ошол октун айланасында — Ω_(L )- Лармор жыштыгы менен прецесияланат. Мындай жөнөкөй модель атом булутчаларынын флуоресценциясынын уюлдашуусунун байкоо багытына карай өзгөрүшүн түшүндүрөт .
Классикалык физика Зеемандын жөнөкөй (нормалдык) эфектисин гана түшүндүрө алды, эми татаал (аномалдык) Зееман эффектисин кванттык көз караштын жардамы менен гана далилдөөгө болот. Анын кыскача сандык теориясын карайлы.
Магнит талаасындагы атомдун гамильтонианын билебиз: H = H_0 + V_(M,) мында H_0-атомдун козголуу болбогон гамильтонианы жана V_M- магнит талаасы түзгөн козголуусу :
V_M= — μ ∙B, мында, μ- электрондук жана ядролук бөлүктөн турган атомдун магниттик моменти. Ядролук момент электрондук моментке караганда көптөгөн эсе аз болгондуктан аны эсепке албай койсок болот. Демек, μ =(μ_BgJ)/(ћ) болот, мында, μ_B- Бордун магнетону, J – электрондун толук бурчтук моменти, жана g–фактор. Электрондун магниттик моментинин оператору орбиталдык L жана спиндик S бурчтук моменттеринин суммасын тиешелеш гиромагниттик катышка көбөйтүүгө барабар:
μ= — μ_B(g_lL+ g_sS)/ћ,
мында, g=1 жана g_s=2,0023192; акыркы чоңдукту аномалдык гиромагниттик катыш деп аташат. 2ге айырмаланганы кванттык – электродинамикалык эффект менен байланыштырышат. L-S байланышы үчүн толук магнит моментин эсептөөдө бардык электрондордун суммасы алынат :
gJ =<∑▒〖(g_(l ) 〗 l_i+g_s s_i )>=<( g_lL +g_sS )>, мында L жана S тиешелеш түрдө атомдун толук орбиталдык жанан спиндик моменттери.
Жөнөкөй же нормалдуу Зееман эффектинде спектралдык сызыктар үч деңгээлчелерге ажырайт жана классикалык ыкма менен эле түшүндүрүлөт. Эгерде ,V_M мүчөсү кичинекей болсо ( V_M≪|E_(i )-E_k |), үчүн Зеемандын нормалдуу эффектиси орун алат :
синглеттик термдердин ортосундагы өтүүлөрдө (S =0;J=L);
деңгээлдердин ортосундагы өтүүлөрдөL = 0 жана J =S;
деңгээлдердин ортосундагы өтүүлөрдө J =1жана J =0 болгондо; себеби J =0 ажырабайт, ал эми J =1де, үч деңгээлчеге ажырайт. Эгер магнит талаасы күчтүү болсо, дагы үч деңгээлче пайда болот. Бирок анын жаратылышы Пашен-Бактын эффектиси менен түшүндүрүлөт. Зеемандын нормалдык эффектинде спектралдык сызыктын ажыроосу жалаң гана орбиталдык же спиндик магниттик моменттер менен байланышат. Бул He, Zn, Cd жана Hg химиялык элементтеринин синглеттеринде байкалат. π жана σ^± уюлдашауулары магниттик моменттин проекцияларынын тешелеш түрдө ∆m_j =0 жана ∆m_(j ) = ±1.болуп өзгөргөндөрүндө байкалат. Зееман алгач, ушул жөнөкөй эффекти байкаганы менен, чынында, ал жаратылышта абдан сейрек кездешет.
Атомдун синглеттик эмес спектралдык сызыктары үчтөн көп ажыроолорго дуушар болушат жана алардын ажыроо чоңдуктары нормалдуу ажыроого тектеш. Аномалдык эффект кезинде ажыроо чоңдугу L, S, J кванттык сандарынан татаал түрдө көз каранды. Жогоруда көрсөтүлгөндөй, электрондун магнит талаасындагы кошумча алган V_(M )энергиясы g – факторуна пропорциялаш болот жана ал Ланденин көбөйтүндүсү деп аталат (гиромагниттик катыш). Анын формуласы төмөнкүдөй :
g =1 + (J ( J +1)-L(L+1)+S(S+1))/(2J(J+1)) мында, L – атомдун орбиталдык моментинин мааниси, S – атомдун спиндик моментинин мааниси. Бул көбөйтүлүштү биринчи жолу Ланде кийирген жана аны Зеемандын аномалдык эффектиси аташкан. Ошентип, кубулган энергетикалык деңгээл зеемандык деңгээлден бирдей оолактаган аралыкта жайгашат (мында, 2J -〖 m〗_(l )=j магниттик кванттык санынын модулунун максималдык мааниси).
Биз жогоруда белгилегендей, Пашен – Бак эффекти да бар. Ал качан гана зземандык ажыроо жука структуралык ажыроодон артыкчылык кылганда пайда болот б.а. V_m≫ |E_i- E_k | болгондо. Мындай талааларда демейки спинорбиталдык аракеттер бузулат. Натыйжада, татаал зееман ажыроосу жөнөкөй ажыроого өтөт дагы, кубулган энергетикалык деңгээл 2J+1 тең орточолонгон зеемандык деңгээлчелерге өтүшөт ( мында J –магниттик кванттык сан болгонm_i =j нын максималдык мааниси ).
Эгерде магнит талаасы өтө эле күчтүү болсо, б.а. электрондун циклотрондук энергиясы h/2π ω_c ( ω_c- анын циклотрондук жыштыгы) атомдун байланыш энергиясы менен ченемдеш же андан ашып түшсө, анда атомдун структурасы толук өзгөрөт. Бул учурда, деңгээлдер Ландаунун эрежесине ылйык классификацияланышат, ал эми кулондук аракеттенишүү Ландаунун деңгээлин бир топ деңгээлчелерге ажыратат. Суутек атомунун негизги абалында бул кырдаалh/2π ω_c атомдук энергиянын бирдигинин ашканда гана ишке ашырылат, б.а. B >2,35 × 〖10〗^5 Тл болгондо.
Жогорудагы эффект Питер Зееман тарабынан 1896-жылы кадмийдин жашыл-көк сызыктары үчүн алынган. Өз тажырыйбасында ал чыңалышы 10 000 – 15 000 Гс болгон магнит талаасын пайдаланып, спектралдык сызыктардын триплетин байкаган. Х.Лоренц 1897-жылдын 31-октябрында бул эксперименталдык эффект жөнүндө билип, эртеси эле Зееманга өзүнүн классикалык электрондук теориясынын негизинде кандай чечмелеп түшүндүрүлөрүн айткан. Бирок кийин көптөгөн заттар үчүн спектралдык сызыктардын татаал ажыроолорун түшүндүрүү кыйын болду. Аны спин жөнүндөгү көз карашты колдонгон кванттык физика гана чече алды.
Каныбек Осмоналиевдин «Альфред Нобель жана физика» аттуу китебинен

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *