Избранные научные труды. Том 2

Открытие Планка удаётся сделать плодотворным для объяснения свойств элементов на основании наших знаний о составляющих частях атома только путём известного отречения от обычных требований наглядности и причинности. Принимая за основу неделимость кванта действия, автор настоящей работы предложил представить каждое изменение состояния атома как индивидуальный процесс, который нельзя описать более детально и в ходе которого атом переходит из одного так называемого стационарного состояния в другое. Согласно этому воззрению спектры элементов не дают сведений непосредственно о движении частиц в атоме; каждая отдельная спектральная линия принадлежит одному переходу между двумя стационарными состояниями, а произведение кванта действия на частоту даёт изменение энергии атома при этом переходе. Этим путём удаётся достичь простой трактовки общих эмпирических спектральных закономерностей Бальмера, Ридберга и Ритца. Названное воззрение о происхождении спектров получило и непосредственное подтверждение в известных опытах Франка и Герца, изучавших соударения атомов со свободными электронами. Количества энергии, которые при таких соударениях могут передаваться, как раз оказались равными вычисленным по спектру разностям энергии тех стационарных состояний, в которых атом находился до и после удара. Вообще такая точка зрения способствует непротиворечивому пониманию экспериментального материала; но непротиворечивость достигается только ценой отказа от более подробного описания отдельного процесса перехода. Мы здесь так далеко отходим от причинного описания, что каждому атому в стационарном состоянии мы предоставляем свободный выбор между различными возможностями перехода в другие стационарные состояния. Осуществление единичных процессов по самой сути вещей может рассматриваться только с вероятностной точки зрения. Такое положение, как показал Эйнштейн, имеет глубокое сходство с условиями, которые встречаются при спонтанном радиоактивном распаде.

Характерной чертой обсуждаемого взгляда на проблему строения атома является широкое применение целых чисел, которые как раз и играют существенную роль в эмпирических спектральных закономерностях. Так, классификация стационарных состояний основывается кроме атомного номера на так называемых квантовых числах, в систематику которых большой вклад внёс Зоммерфельд. Эта точка зрения в дальнейшем позволила понять свойства элементов и их родство на основе представлений о строении атома. Может, очевидно, казаться поразительным, что такое описание стало возможным, несмотря на отмеченное здесь сильное отклонение от обычных физических представлений, поскольку все наши знания о составных частях атома покоятся именно на этих представлениях. Ведь любое использование понятий массы и электрического заряда равносильно ссылке на механические и электродинамические закономерности. Доводом полезности применения таких понятий вне пределов области применимости классической физики является требование непосредственного перехода квантово-теоретического описания в обычное в тех случаях, когда можно пренебрегать квантом действия. Попытки применять в квантовой теории каждое классическое понятие в таком толковании, чтобы удовлетворить этому требованию, не приходя вместе с тем в противоречие с постулатом неделимости кванта действия, нашли свое выражение в так называемом принципе соответствия. Но проведение описания, строго удовлетворяющего принципу соответствия, потребовало преодоления многих трудностей, и только в последние годы удалось развить замкнутую квантовую механику, которая может считаться естественным обобщением классической механики и в которой причинное описание последней заменено принципиально статистическим описанием.