塞曼效應(yīng)與斯塔克效應(yīng):一些值得體會(huì)的故事

 學(xué)過原子物理和量子力學(xué)的應(yīng)該都知道zeeman effect(塞曼效應(yīng))和stark effect(斯塔克效應(yīng))。這兩個(gè)效應(yīng)互為對(duì)照,一個(gè)是外磁場(chǎng)引起的原子(或者分子)譜線的分裂,一個(gè)是外電場(chǎng)引起的原子譜線的分裂。

歷史上,二者中先被發(fā)現(xiàn)的是塞曼效應(yīng)。1896年,塞曼發(fā)現(xiàn)很多物質(zhì)的特征譜線在外加磁場(chǎng)下會(huì)分裂成幾條。這個(gè)現(xiàn)象很快被lorentz完全用經(jīng)典力學(xué)解釋了。既然磁場(chǎng)可以引起譜線的分裂,那么自然地人們會(huì)想到,也許電場(chǎng)也可以引起譜線的分裂。

最早著手這方面探索的是大牛Voigt。他試試了Na原子,沒發(fā)現(xiàn)譜線分裂。參觀過Voigt實(shí)驗(yàn)室的Stark意識(shí)到,應(yīng)該采用質(zhì)量輕元素如氫或者氦,并且應(yīng)該用盡可能強(qiáng)的電場(chǎng)。然后,于1913年,他真的成功地觀察到了氫原子在外電場(chǎng)下的譜線分裂。

注意到這兩個(gè)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)之間有長(zhǎng)達(dá)17年的間隔!

為什么在已知塞曼效應(yīng)的情況下,發(fā)現(xiàn)斯塔克效應(yīng)這么難?其實(shí),對(duì)于一個(gè)對(duì)電動(dòng)力學(xué)有所了解的人來說,這二者在時(shí)間上的順序貌似搞反了。通常,大家的經(jīng)驗(yàn)是,在光與物質(zhì)的作用中,重要的是電場(chǎng)分量,而磁場(chǎng)分量相比之下則可以被忽略。所以,也許斯塔克效應(yīng)應(yīng)該更容易被觀察到。

也許只有學(xué)過量子力學(xué)的人才能理解這背后的問題所在。

責(zé)編:微科普

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