Ⅴ

在1913年的秋天，斯塔克（Stark）的发现在物理学家中间引起了另一次轰动；他发现了电场对氢谱线结构的惊人巨大的效应。卢瑟福按照对物理科学中一切进步的无休止的注意，当从普鲁士科学院收到斯塔克的论文时，他立刻就给我写了信：“我认为时机已到，您现在应该针对塞曼效应和电效应写一些东西，如果有可能将这些效应和您的理论调和一致的话。”我响应了卢瑟福的挑战，尝试着仔细考察了这个问题，而且很快地我就弄清楚，在电场的效应和磁场的效应中，我们必须处理两种很不相同的问题。

关于塞曼（Zeeman）在1896年得到的著名发现，洛仑兹和拉摩尔的解释的精髓就在于：这种发现直接指示着作为线光谱起源的电子运动，其方式大致地不依赖于有关原子中电子键合机制的特殊假设。即使光谱的起源被认为是由于定态间的个体性的跃迁，按照拉摩尔的普遍定理，人们也会在对应原理的引导下，预期电子所发射的一切谱线都显示正常的塞曼效应，如果这些电子是像在卢瑟福原子中一样键合在一个中心对称的场中的话。而所谓反常塞曼效应的出现却带来一些新的疑难；只有在十多年以后，当线系谱中各谱线的复杂结构被追根到一种内禀性的电子自旋时，这些疑难才算得到了解决。不同的方面都对这一发展有过重要的贡献；关于这一发展的一种最有兴趣的历史叙述，可以在最近出版的一本纪念泡利的众所周知的书中找到[5]。

然而，在电场的情况下，不能预期谐振子发射的辐射显示任何正比于电场强度的效应，从而斯塔克的发现就肯定地排除了将电子的弹性振动看成线光谱的起源的那种通常见解。但是，对于电子绕核的开普勒运动来说，即使是比较弱的外电场也会通过久期微扰而使轨道形状及轨道取向发生相当大的变化。通过研究轨道在外场中仍为纯周期性的那种特例，有可能应用和适用于未受扰氢原子之定态的那种论证类型相同的论证，来推求斯塔克效应的数量级，特别是解释该效应在氢光谱线系中从一条谱线到下一条谱线的迅速增大。但是，这些考虑很显然地表明，为了解释现象的更精致的细节，原子体系的定态分类方法还是发展得不够的。

恰恰是在这一方面，在以后几年中，通过引入标志着角动量分量及其他作用量积分的量子数而得到了巨大的进展。这些方法是由W.威耳孙（W.Wilson）在1915年初次提议的，他对氢原子中的电子轨道应用了这些方法，然而，按照牛顿力学，每一轨道在这种情况下都是单周期的，其公转频率仅仅依赖于体系的总能量，由于这种情况，任何物理效应都没有被揭示出来。但是，爱因斯坦的新力学所预言的电子质量对速度的依赖性，却消除了运动的简并性，并通过开普勒轨道远核点的不断的缓慢进动而在运动的谐振分量中引入了第二个周期。事实上，正如1916年索末菲（Sommerfeld）在他的著名论文中所证明的，角动量和径向运动作用量的分别量子化，就使我们可以详细地解释所观察到的氢原子光谱和氦离子光谱中各谱线的精细结构了。

不仅如此，索末菲和艾普斯坦（Epstein）还处理了磁场和电场对氢光谱的效应；通过熟练地应用多周期体系的量子化方法，他们已经能够完全符合于观察结果地通过并合而得出氢谱线的分解的谱项。这种方法和爱伦菲斯特（Ehrenfest）为了适应热力学的要求而在1914年表述的定态浸渐不变性原理是相容的，这种相容性得到了下述情况的保证：各个量子数按照古典力学而关涉到的作用量积分，并不会因外场的改变而改变，如果这种外场的改变比体系的特征周期变化要慢的话。

这种处理方式的有效性的进一步证据，是从对应原理对多周期体系所发射的辐射的应用中得出的，这种应用可以得出关于不同跃迁过程的相对几率的一些定性结论。这些考虑同样得到克喇摩斯（Kramers）的肯定，他解释了氢谱线的斯塔克效应成分线的表观上没有规律的强度变化。我们甚至发现可以用对应论证来说明其他原子中某种类型的跃迁的不出现；这些跃迁不属于鲁滨诺维兹（Rubinowicz）所指出的那些通过对原子和辐射之间的反应应用能量守恒定律和角动量守恒定律就能够排除掉的跃迁。

借助于迅速增长的关于复杂光谱的结构的实验资料，同样也借助于席格班（Siegbahn）及其合作者们关于高频辐射谱较精细规律性方面的方法论的寻求，多电子原子中束缚态的分类不断地得到了进展。特别说来，通过研究电子被原子核逐次键合而建成原子基态的那种方式，导致了对于原子中电子组态的壳层结构的逐渐阐明。就这样，虽然当时还不知道例如电子自旋之类的重要解释要素，但是，大约在卢瑟福发现原子核后的十年之内，就已经有可能对于门捷列夫元素表中许多最突出的周期性特点得到一种总结性的解释了。

然而，整个的处理方式还是带有很大的半经验性质的，而且，人们很快就清楚地认识到，为了详尽无遗地说明各元素的物理属性和化学属性，必须以根本上新的方式脱离开经典力学，以便将量子公设纳入一种逻辑上无矛盾的方案中去。下面我们还有机会谈到这一众所周知的发展，现在我先接着讲我对卢瑟福的回忆。