【正文】 ??? ?2222??????BhcBhcBB?????????? BE Bs ???? ? 對于鈉的 5890197。， △ λ=6197。， 依此可估計作用在電子上的磁場： ? ?TΑkeVΒ 2014105 7 8 80225 8 9 02641200??????????可見 ， 在原了內(nèi)部存在著很強(qiáng)的磁場 。 從觀察到的堿金屬原子的光譜 ， 可以得出這樣一個結(jié)論 ，發(fā)出輻射或吸收輻射的躍遷只能在下列條件下發(fā)生： 主量子數(shù) n的改變不受限制 ， 可見產(chǎn)生輻射的躍遷是有選擇性的 。 上述選擇定則是經(jīng)驗的總結(jié) ， 在量子力學(xué)中有理論的推導(dǎo) 。 .,。 10j1 ???? ?? ?167。 單電子輻射躍遷的選擇定則 167。 氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)與 L位移 1. 氫原子能級精細(xì)結(jié)構(gòu)的理論 討論了堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)以后 ， 就容易理解氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu) ， 由于氫原子能級有簡并的情況 ， 所以推遲到堿金屬之后討論才能清楚地說明 。 雖傳說 ， 氫早在 16世紀(jì)初就由馮霍恩海姆 （ von. Hohenheim） 在化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生過 ， 但真正的發(fā)現(xiàn)則歸于卡文迪許 （ Henry. Cavendish） ， 他在 1776年把氫純化 ， 并測量了它的密度 。 1783年 8月 23日 ， 在氫發(fā)現(xiàn)后的七年 ， 也是在發(fā)明氣球后的三個月 ， 人們即把充氫氣球升上了天 ， 引起公眾的廣泛注意 。 夫瑯和費 （ Joseph. Fraunhofer） 在 1817年用棱鏡測量了太陽光譜 ， 最強(qiáng)的有八條線 ， 其中包含氫的 Hα和 Hβ。 但第一個確定氫光譜 、 并作出較精確測量的是埃格斯特朗在 1853年作出的 。 1885年 ， 巴耳末對已測得的氫光譜線波長作了經(jīng)驗歸納 ， 并能精確地預(yù)告未被測到的譜線 （ 誤差一般只有 1197。左右 ） 。 但無法被人理解 。 同年 ， 尼爾斯 玻爾誕生 。 氫原子的結(jié)構(gòu)如何 ？ 它與光譜有什么關(guān)系 ？ 在 1904年以前 ， 金斯 （ ） 估計 ,氫原子中有 700個電子 。 有人甚至說 ， “ 可以有無窮多個電子 ” 。 從光譜規(guī)律尋找原子結(jié)構(gòu) ，被某些人比喻為 “ 憑鈴聲猜出鈴的形狀 ” 。 1906年 ， 湯姆孫正確估算出氫原子中只有一個電子 。 1911年 ， 盧瑟福建立了正確的原子結(jié)構(gòu)模型 。 1913年 ， 玻爾用圓軌道 （ 一維 ） 的量子化條件 ， 在只考慮電子與核的靜電相互作用的情況下 ， 給出了氫原子的能級 ， 解釋了氫光譜的巴耳末線系 。 實驗證實了玻爾理論給出的能量值， 即 這里 Z— σ就是以前用 Z*表示的有效電荷數(shù) ． 對氫 ， (Z— σ)= Z = 1。 式中仍保留有效電荷數(shù) Z— σ作為一般的表達(dá)式 （ 包含氫原子 、 類氫離子和堿金屬等 ） 。 里德伯常數(shù)的玻爾理論值與實驗符合得很好 。 2222* )(nZR h cnZR h cEn?????? 1916年 ， 索末菲在玻爾理論的基礎(chǔ)上 ， 考慮橢圓軌道（ 二維 ） 及電子運動的相對論效應(yīng) ， 算出能量修正項為 能級就由兩個量子數(shù) （ n,nφ） 決定 。 分裂的能級差值也可算出 ， 與精密的實驗符合得很好 ， 其中 s為屏蔽系數(shù) ， 與 σ意義相同 ， 但數(shù)值不同 。 1926年 ， 海森伯 （ ） 用量子力學(xué)嚴(yán)格導(dǎo)出上式為 這時譜線分裂的理論與實驗反而不符合了 ， 問題出在那里呢 ？ )43()( 442, ????????nnnsZR h cEnnr)432/1()( 442, ????????? nnsZR h cEnr? 1928年 ， 狄喇克的相對論量子力學(xué)自然地計入了電子的自旋 ， 并依此算出自旋與軌道相互作用引起的附加項： 此即以前所給出的公式 ， 只是把 Z*換成了 （ Zs） 。 如果把海森堡給出的公式與上式加起來 ， 那就可以得到 ? ? 0。2))1()1()1)(()( 4321342, ??????????? ????????jjnsZR h cEs?)432/1()( 442, ????????jnnsZR h cEErs???這樣 ， H的總能量 就可以表示為 此結(jié)果 （ 包含氫原子 、 類氫離子和堿金屬等 ） 與索末菲的一樣與實驗符合很好 ， 但此時的 物理含義 與索末菲的完全不同 ，它包含著電子的自旋與軌道的耦合 。 在索末菲的理論中 ， 兩個正確的項都未被考慮 ， 但它們相加以后其中有些項正好相互抵消 ， 致使索末菲的結(jié)果能與實驗有良好的符合 。 基于索末菲引入精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的重要意義 ， 索末菲的理論并未被人扔入垃圾箱里；有人稱他的理論是物理學(xué)中最值得慶賀的失敗 。 )432/1()()( 44242, ???????jnnsZR h cnZR h cEjn?????狄拉克的理論表明，氫原子能級只決定于主量子數(shù) n 和總角動量量子數(shù) j 。 簡并 2. 氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)實驗觀察 強(qiáng)度 頻率 Ⅰ 1 Ⅰ 2 Ⅰ 3 Ⅱ 3 Ⅱ 2 利用高分辨率光譜儀觀察氫原子的巴爾未系的第一條譜線即 Hα線，其強(qiáng)度分布如圖，這說明氫原子存在精細(xì)結(jié)構(gòu)。 強(qiáng)度 頻率 Ⅰ 1 Ⅰ 2 Ⅰ 3 Ⅱ 3 Ⅱ 2 132323 )12(23)1(2???????? cmRllnRD???132322 )11(13)1(2???????? cmRllnRP???11( 64 36) 28c m c m????實際測量值比 , 可以認(rèn)為存在七種躍遷 , 但僅觀察到五條譜線。 1947年，蘭姆（ ）和雷瑟福 ()宣布：觀察到氫原子的 22S1/2和 22P1/2能級并不重合，而有一個大小為 Hz ()的裂距，這就是著名的蘭姆移位?？紤]了一因素之后，氫的光譜線就發(fā)生了進(jìn)一步分裂，以 Hα線為例，就包含著七條譜線。蘭姆移位的大小約是（ n =2）精細(xì)結(jié)構(gòu)（自旋 軌道相互作用引起的）分裂的 1/10；對于 j≠1/2的能級的姆移位，則幾乎小到完全可以忽略。 蘭姆 雷瑟福關(guān)于蘭姆移位的發(fā)現(xiàn) ， 與同時宣布的 、 庫什 弗利關(guān)于反常電子磁矩的發(fā)現(xiàn)一樣 ， 暴露了狄拉克相對論量子力學(xué)的不足 。 正是這兩個重要發(fā)現(xiàn) ， 導(dǎo)致了量子電動力學(xué)的蓬勃發(fā)展 。 不過 ， 無論是理論還是實驗 ， 蘭姆移位的精度均不及反常電子磁矩 。 雖然自蘭姆移位發(fā)現(xiàn)以來的三十余年中 ， 實驗和理論有較好的符合 ， 但是 ， 最近的實驗結(jié)果已顯示出與理論的偏差 ， 偏差的原因究竟是實驗上的問題 ， 還是理論上的缺陷 ， 尚待進(jìn)一步研究 。 附：反常電子磁矩 200 0 0 0 0 0 0 0 0 4020 0 2 3 1 9 3 0 4 82SgZBsZs ???? ..)()(為單位以為單位以???