皮特尔·塞曼

“电子”这个名字早已在1894年由G.约翰斯通·斯托尼（G.Johnstone Stoney）提出。而且，据信在原子内部运动的电荷与光发射相关。其他几个现象支持了点电荷的想法，但是关于这个问题的一些观点是模糊的。突然，在1894年，皮特尔·塞曼（Pieter Zeeman，1865～1943），一位不知名的在莱顿工作的青年物理学家，获得了一个实质性的发现。他的发现很快就由早已成名的H.A.洛伦兹加以理论解释。

塞曼诞生在荷兰。他在卡默林·昂内斯（Kamerlingh Onnes）指导下学习，以后成为洛伦兹的一名助手。塞曼仍然把法拉第的著作视为活的科学，作为启发和激励自己的源泉。他注意到法拉第在他的对各种“自然力”间的联系的不懈探索中，已经尝试过用磁来影响光。这些努力导致了磁场引起的玻璃内光的偏振面的旋转这个现象的重要发现。有一幅著名的法拉第的肖像，永远传颂着这一发现，图中的法拉第手里拿着一块火石玻璃。1862年，法拉第在他最后一批实验中，有一个实验，也尝试过用磁场来影响钠蒸气的光发射，但没有成功。在1870年，麦克斯韦已否定了这个现象的可能性。

塞曼认识到他有比法拉第好得多的仪器。微弱的效应可能没有被法拉第觉察，因为他用的是低分辨率的棱镜分光镜，而塞曼能用衍射光栅。在宣布发现“塞曼效应”时，他说：

如果有一个象法拉第那样的人想到上面提及的关系的可能性的话，或许利用现在光谱学的杰出设计重试上面的实验是值得的，因为，就我所知，到目前为止还没有人做过这样的事。

他试着做这个实验，立刻观察到由磁场引起的谱线的略微增宽（见图1.4）。他注意到变宽的谱线边缘的光是偏振的，当将技术改进得更精巧后，他看到按照观察方向与磁场方向间的相对方位而变化的三重线或二重线。他将这告诉了洛伦兹，洛伦兹立即对这些观察作出了解释。(https://www.daowen.com)

基本的思想是：光是由在原子内运动的带电粒子（电子）发射出来的。按照经典的电磁学规律，它们的运动受电磁场的影响。根据发射光的频率变化，塞曼和洛伦兹能够确定引起光发射粒子的荷质比e/m和电荷的符号。塞曼起先搞错了符号，他很快就改正了。关于符号，即使象塞曼这样一个细心的荷兰人也会被搞糊涂。

图1.4　钠黄线（D线）的塞曼效应。上，谱线D1和D2是没有磁场时产生的。下，当光源被放入磁场中时，同样的谱线分裂成多重线。多重线是偏振的。观察方向与磁场方向成直角

塞曼的最令人注目的发现是荷质比e/m的负号和数值，这个值大约为在那时科学家们所具有的关于原子质量的原始概念的基础上对整个原子所期望的那个值的一千倍。塞曼效应后来被证明为是探索原子结构的有用工具，对泡利原理的发现、电子自旋的发现，对发光机制的详细的了解以及更多的事情都是具有决定意义的。它与量子力学完全符合，成为量子力学重要的实验证明。

在塞曼的实验中，电子是被束缚在原子内的。大约同时，自由电子也进入了物理学，主要是通过J.J.汤姆逊的工作。