塞曼对线光谱在磁场中发生分裂效应的实验研究
摘要：介绍了塞曼的生平和他对物理学发展的主要贡献,着重回顾了他对线光谱在磁场中发生分裂效应(即塞曼效应)的研究历程,以及塞曼的成功带给我们的有益启示.
关键词：塞曼 塞曼效应 研究经历
塞曼是荷兰人，1885年进入莱顿大学后，与洛伦兹多年共事，并当过洛伦兹的助教。1892年曾因仔细测量克尔效应而获金质奖章，并于1893年获博士学位。他在研究磁场对光谱的影响时，得益于洛伦兹的指导和洛伦兹理论，从而作出了有重大意义的发现。塞曼首先是从法拉第的工作得到启示的。1845年，法拉第将平面偏振光通过强磁场作用下的玻璃，发现光的偏振面发生旋转，后来进一步确定这是许多物质具有的普通性质。1876年，克尔（Kerr）继1875年发现玻璃片在强电场下对光有双折射的作用（即克尔电光效应）之后，又发现平面偏振光垂直射在电磁铁的磨光电极上时，反射得到的光变为椭圆偏振光（即克尔磁光效应）。这些效应对于光的电磁性质当然是极好的佐证。因此，电、磁和光之间的相互作用就成了19世纪末叶物理学家密切关注的对象。
1895年前后，塞曼暂停克尔磁光效应的研究，想试一试磁场对钠焰的光谱有没有影响。这个实验虽然没有成功，但是后来知道法拉第晚年曾亲自做过这个实验，他想法拉第这样伟大的科学家都重视这个实验，一定值得认真去做，于是就下决心用当时最好的设备再次进行实验，他当时产生了一个想法，究竟磁力作用于火焰时，火焰发出的光周期会不会改变。这样的事情果然发生了。塞曼用石棉条粘以食盐，放在电磁铁磁极间的氢氧焰中，用罗兰光栅检验火焰光。当电磁铁电路接通时，D的两根谱线都看到增宽的现象。
谱线增宽也许会认为是磁场对火焰的某种已知作用，引起钠蒸气的密度和温度发生变化，塞曼就采用了一个方法，把钠放在一素瓷管中强烈加热，瓷管两端以平行玻璃板密封，其有效面积为1cm2。管子水平地置于磁场中，与磁力线垂直。弧光灯的光线穿之而过。吸收光谱显示出D双线。瓷管不断沿轴旋转，以避免温度变化。通电励磁，立即使谱线变宽。证明正是磁场使钠光的周期和频率发生了变化。
最初有人向塞曼提出，光的频率变化可能是由于原子与以太分子漩涡之间的加速和减速的作用力；后来，开尔文勋爵向塞曼提出，或许可以用快速旋转系统和双摆结合在一起的例子，来解释频率变化。然而，这些解释都不够满意，于是塞曼转而从洛伦兹教授的电子理论寻求解释。这一理论认为：一切物体都有带电的小分子单元；一切电学过程都来自这些"离子"的平衡和运动，光波就是"离子"的振动引起的。在塞曼看来，"离子"在磁场中直接受到的作用力足以对这一现象作出解释。
塞曼将这个想法写信告诉洛伦兹教授，洛伦兹指点塞曼计算离子的运动。他还向塞曼指出，如果这个理论用得正确，就应该有下列结果：从增宽的谱线边缘发出的光，沿磁力线方向观察应是圆偏振光，进而可导致求出离子所带电荷与其质量的比值e/m。塞曼用四分之一波片和检偏器，发现在磁场增宽的谱线边缘，从磁力线方向看去果然是圆偏振光。
相反，如果从与磁力线成直角的方向观察，增宽了的钠谱线的边缘显示是平面偏振光，果然与洛伦兹理论相符。塞曼还根据谱线的增宽，估算了这一带电粒子的荷质比e/m，数量级为107CGSM/g，这时正好是J．J．汤姆孙宣布发现电子之前几个月。J．J．汤姆孙从阴极射线也测量了荷质比，和塞曼测量所得数量级相同，这一结果就成了电子存在的重要证据。
就这样，塞曼既对他所发现的光谱增宽现象作出了合理的解释，又证明了离子（即电子）的存在，对洛伦兹电子论提供了令人信服的验验证。
1896年，塞曼进一步根据圆偏振光的旋光方向，判断产生辐射子的"离子"所带电荷的正负，起先他曾误判为带正电，一年后改正为带负电。由洛伦兹的电磁理论，还可推断出如下结果：从垂直于磁场的方向观察，谱线应分裂为三条；从平行于磁场的方向观察，谱线应分裂为两条。塞曼把磁场加大到30000高斯左右，终于观察到了二重线和三重线。塞曼能进一步证实洛伦兹的理论预见是非常幸运的，因为后来知道，只有单一态的谱系，才能得到洛伦兹理论预期的结果。
本文章更多内容：1 - 2 - 下一页>> | 
您的位置：物理库
→ 物理资料库
→ 物理科普
→ 正文
本文章所属分类：首页
→ 物理资料库
→ 物理科普