【文章內(nèi)容簡介】 情況 。 這就是說，主線系每條線二成分的形成是由于相關(guān) p能級的雙層結(jié)構(gòu)。由此可以推想 d能級， f能級都是雙層的，而且雙層的間隔也隨 n增加而縮小。 那么怎樣說明第一輔（漫）線系的三線結(jié)構(gòu)呢？如果 d能級是雙層的，而最低 p能級也是雙層的，好象每線應(yīng)有四成分。但現(xiàn)在只出現(xiàn)三成分，從這三成分的間隔情況可推得是前圖所示的躍遷結(jié)果。從前圖可以看出，左右二成分的間隔是由于較低雙層 p能級的間隔，這是為第一輔（漫）線系諸線所共有的，而且也是為第二輔（銳）線系所共有的，因而是相同的。至于圖中右邊二線的間隔是由于雙層 d能級的間隔，而第一輔（漫）線系諸線聯(lián)系著不同 d能級，因而這里所說二線的間隔隨波數(shù)的增加而縮小。這樣 ,第一輔（漫）線系又獲得合理的解釋。 ? 至于雙層 d能級中的較高一級為什么沒有躍遷到雙層 p能級的較低一級，這在后面要說明。 從上面的討論，我們得到這樣一個結(jié)論，堿金屬原子的 s能級是單層的，其余所有 p、 d、 f等能級都是雙層的。對同一 值，例如 =1（ p能級），雙層能級間隔隨量子數(shù) n增加而漸減。從光譜線結(jié)構(gòu)也可以認出，對同一 n值，雙層能級的間隔隨 值的增加而漸減。例如 n=4， 4d的雙層間隔小于 4p的，而 4f的又小于 4d的。總之，堿金屬原子的能級是一個層結(jié)構(gòu)的能級，只 s能級是單層的。 ? ?167。 電子自旋同軌道運動的相互作用 為了說明堿金屬原子能級的雙層結(jié)構(gòu)以及 S— G實驗的定性解釋 ， 烏侖貝克 ( 1900~1974)和古茲米特( 1902~1978)在 1925年根據(jù)一系列實驗事實提出了大膽 假設(shè) ：電子不是點電荷 ， 它除了軌道運動外 ， 還具有某種方式的自旋運動 ， 其固有的自旋角動量 （ 是電子的屬性之一 ） 等于： sp????2121。21。)1(, ????????szsssmpmsssp自旋量子數(shù) S在 Z方向上的投影只能取 177。 1/2，電子既具有某種方式的轉(zhuǎn)動，而且電子是帶負電的，因而它也具有磁矩，這個自旋磁矩的方向同自旋角動量的方向相反。 提出電子象一個陀螺，能夠繞自身軸旋轉(zhuǎn)，似乎并無創(chuàng)造性可言；繞太陽運動的地球，不是也地自轉(zhuǎn)嗎？不過，提出任何電子都有相同的自旋角動量，而且它們在 z方向的分量只取兩個數(shù)值，這對經(jīng)典物理是無法接受的。 9295c187866927549902152641 9 2 7 . 5 9 2 9 519722212,?????????cfmMe VMe Vfmcrcmcrmvrvmpeeezs???電子的自旋概念是微觀物理學最重要的概念 類似電子軌道運動角動量和其 所對應(yīng)的 軌道磁矩 .,2,1,0)。1(,2,1,0。)1(2。2,???????????????????????????????????mnmpmeppmeBZBzz???????自然認為電子的自旋磁矩應(yīng)為 BBsZsBBsmss??????2123)1(, ?????????？ sPs?? 但是 ， 上式 與一系列實驗不符 。 為了與實驗事實相吻合 ， 烏侖貝克與古茲米特就在假設(shè)電子自旋的同時 ， 進一步假設(shè)： 電子的 自旋 磁矩為 1個玻爾磁子 ， 即為經(jīng)典數(shù)值的 2倍： BBsZsBBsmss???????????????23)1(2,這個假設(shè)受到各種實驗的支持。而且與電子自旋概念一起可由狄拉克的相對論量子力學嚴格導出 。 這表明，磁矩與角動量的關(guān)系式在原子體系中并不是普遍成立和形式統(tǒng)一的。不過，我們可以定義一個 g因子，使得對任意角動量 J所對應(yīng)的磁矩，以及它們在 Z方向的設(shè)影，可以表示為： .2。1。)1(2。2,?????????????sBjjZjBjjzjjZjjjgsjgjmgjjgpmegpmeg??????????上式包含了電子的軌道和自旋運動的情況 ， 到此為止 ， 它只是一個假設(shè) 。 上式中的 g稱為朗德 （ Lande） g因子 ， 或簡稱為 g因子 。 它可以表示為： )((為單位以方向的投影角動量在為單位）以測量到的?zgB???g因子是反映物質(zhì)內(nèi)部運動的一個重要物理量。 上面分別考慮了電子的軌道運動和自旋運動 ， 現(xiàn)在要合起來考慮原子的總運動 。 原子中的電子一般既有軌道角動量 ， 又有自旋角動量 ，及其相應(yīng)的磁矩 。 它們應(yīng)該合起來形成電子總的運動和磁矩 ， 如圖所示 。 電子的總角動量和總磁矩的計算可以利用矢量合成的平行四邊形法則計算 ， 則 電子的總磁矩 旋進 .,2,1,。,1,。)1(。 ,sjjjjmsssjmpjjppppjjzjjj?????????????????????????? ?222 2 2 2 2 22222()222 2 2。2 2 2 2j j jj s s s jjj jjj s s jjj s s j jsjs s sj j jjjp p peg p g p pp p m ppeg p p g p pm pp p p p p p peggm pg g g g p peep g pmm pg? ? ?????? ? ? ? ? ? ???????????? ? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ? ?????????? ? ?? ? ? ? ? ????????22222( 1 ) ( 1 ) ( 1 )12 ( 1 )s s sjg g g g p ppj j s sjj? ? ???? ? ? ? ???? 上式對解釋后面要講到的幾個實驗都是十分重要的 。 必須指出 ， 在推導上式時 ， 隱含著兩個假定 。 一是假定自旋角動量與軌道角動量耦合成電子的總角動量 。 如果 外加磁場很強 ， 以致不能耦合成總角動量 ， 自旋角動量與軌道角動量將分別繞外磁場進動 ， 上式就不再成立 。 只有當外磁場的強度不足以破壞耦合時上式才是正確的 。 另一個假定是只考慮單個電子 ， 其實對一個原子 ， 我們應(yīng)把原子中所有的電子貢獻都加起來 ， 但是對于氫原子、 類氫離子和堿金屬原子可以只考慮最外面一個電子 ， 在后面討論多電子原子時 ， 會考慮原子中所有電子的貢獻 。另外 ， 我們暫不考慮原子核的貢獻 。 堿金屬雙線是促使烏侖貝克和古茲米特提出電子自旋假設(shè)的根據(jù)之一。認為電子除有軌道角動量 L之外，還有自旋角動量 S， 且認為 S只有兩個取向，那就必須 導致 ： =1的態(tài)將產(chǎn)生 j=1177。 1/2=3/2， 1/2 兩個狀態(tài)。對于 2P3/2 和 2P1/2 這兩個狀態(tài)，它們相應(yīng)的能量為什么有差異呢？它們之間的分裂間距又是多大呢？ 至今為止 ， 我們只考慮了原子中電子與核之間的 電相互作用 ；它確實是一項主要的相互作用 ， 正是它決定了譜系的主要特征 。 但是 ， 作周期運動的電荷必定產(chǎn)生磁場 ， 由此產(chǎn)生磁場 ， 由此產(chǎn)生的 磁相互作用 引起了譜系的 精細結(jié)構(gòu) 。 讓我們來分析一下這樣的相互作用 。 ? 現(xiàn)在討論價電子繞原子實（包括氫原子和類氫離子）的運動。過去我們討論（價）電子的運動，是站在以原子核為靜止