塞曼效应和斯塔克效应，推动了量子力学的发展！

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1、第三十二章：塞曼效应和斯塔克效应，推动了量子力学的发展!〃斯塔克效应〃这个词对于大家来说，相对陌生。但斯塔克效应推动了量子力学的发展,在物理学中是非常值得关注的一个现象。斯塔克的全名是约翰尼斯•斯塔克,德国著名物理学家，种族主义者,1919年诺贝尔物理学奖获得者，”斯塔克效应〃的发现者。他以精湛的研究成果在原子物理学领域里独领风骚数年。在硏究阳射线过程中发现一种重要规律,并发现了"斯塔克效应""斯塔克-爱因斯坦方程〃〃斯塔克数〃等等。但他也是种族主义者。希特勒上台后他加入纳粹党籍，被希特勒任命为德国物理技术研究

2、所所长,曾多次在公开场合批判和攻击海森堡。後因屡次干涉纳粹上层官员的事物，被开除纳粹党籍。1947年被盟国军事法庭宣判服苦役4年。服完苦役後于1957年在巴伐利亚老家的庄园里逝世。他的政治倾向，我们现在应该看淡，因为他已经死去。他的研究成果,我们应该尊重,因为这些理论，还在帮助我们认清这个世界。•■・灵遁者•-°V接下来看看他的理论内容，斯塔克效应是指原子和分子光谱谱线在外加电场中发生位移和分裂的现象。分裂和位移量称为斯塔克分裂或斯塔克位移。斯塔克效应又可分为一阶和二阶斯塔克效应。—阶的情况下光谱分裂或位移是与

3、电场强度呈线性关系二阶则是和电场强度呈二次方关系。斯塔克效应对应于带电粒子谱线的压力增宽（斯塔克增宽）O当谱线的分裂或位移在吸收线发生时则称为逆斯塔克效应。由电场造成的斯塔克效应与由磁场造成谱线分裂成数个部分的塞曼效应相似。斯塔克效应可使用全量子力学的方式解释，但也有许多基于半经典物理的方式。可能这样说，大家不好理解。具体地讲，就是在电场强度约为100万伏/厘米时，原子发射的谱线的图案是对称的，其间隔大小与电场强度成正比。在此之前，塞曼等科学家也做过此类研究，但都失败了。斯塔克在凿孔阴极后仅几毫米处放置了第三个

4、极板，并在这两极之间加了2万伏/厘米的电场，然后用分光计在垂直于射线的方向上测试,观察到了光谱线的分裂。它的原理是原子或分子存在固有电偶极矩，在外电场作用下引起附加能量,造成能级分裂,裂距与电场强度成正比,称为一级斯塔克效应;不存在固有电偶极矩的原子或分子受电场作用,产生感生电矩,在电场中引起能级分裂,与电场强度平方成正比，称为二级斯塔克效应。—般二级效应比一级效应小得多。斯塔克分裂的谱线是偏振的。对斯塔克效应的圆满解释是早期量子力学的重大胜利。斯塔克研究了含有氢气的管子中极隧射线通过强电场的1W况。1913年

5、他在硏究过程中观察到氢谱线加宽了。他立即联想到十七年前塞曼(P.Zeeman)的发现。这会不会是与塞曼效应对应的一种电学现象？所以我们有必要先了解塞曼效应。塞曼效应（外文名Zeemaneffect）,在原子、分子物理学和化学中的光谱分析里是指原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象。荷兰物理学家塞曼在1896年发现把产生光谱的光源置于足够强的磁场中,磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。进一步的研究发现,很多原子的光谱在磁场中的分裂情况非常复杂，称为反常塞曼效应。

6、完整解释塞曼效应需要用到量子力学,电子的轨道磁矩和自旋磁矩耦合成总磁矩，并且空间取向是量子化的，磁场作用下的附加能量不同，引起能级分裂。在外磁场中，总自旋为零的原子表现岀正常塞曼效应，总自旋不为零的原子表现出反常塞曼效应。塞曼效应是法拉第磁效致旋光效应之后发现的又一个磁光效应。这个现象的发现是对光的电磁理论的有力支持，证实了原子具有磁矩和空间取向量子化，使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解，特别是由于及时得到洛仑兹的理论解释，更受到人们的重视,被誉为继X射线之后物理学最重要的发现之具体过程是这样的，在1896

7、年，荷兰物理学家塞曼使用半径10英尺的凹形罗兰光栅观察磁场中的钠火焰的光谱，他发现¥内的D谱线似乎出现了加宽的现象。这种加宽现象实际是谱线发生了分裂。随后不久,塞曼的老师、荷兰物理学家洛仑兹应用经典电磁理论对这种现象进行了解释。他认为,由于电子存在轨道磁矩,并且磁矩方向在空间的取向是量子化的，因此在磁场作用下能级发生分裂,谱线分裂成间隔相等的3条谱线。1897年12月，普雷斯顿报告称，在很多实验中观察到光谱线有时并非分裂成3条，间隔也不尽相同，人们把这种现象叫做为反常塞曼效应,将塞曼原来发现的现象叫做正常塞曼效

8、应。反常塞曼效应的机制在其后二十余年时间里一直没能得到很好的解释，困扰了一大批物理学家。1925年,两名荷兰学生乌仑贝克和古兹米特提岀了电子自旋假设，很好地解释了反常塞曼效应。应用正常塞曼效应测量谱线分裂的频率间隔可以测出电子的荷质比。由此计算得至啲荷质比数值与约瑟夫汤姆生在阴极射线偏转实验中测得的电子荷质比数量级是相同的，二者互相印证，进一步证实了电子的存在。塞曼效应也可以用来测量天