Юный техник 1964-03, страница 29

они «закручены» в одну сторону, то, поглотив их, мишень завертится. Вращение будет тем интенсивнее, чем больше спин частиц. При равном числе попаданий целый ряд частиц— электроны, протоны, нейтроны и некоторые другие — передадут мишени одинаковый вращательный момент. У них, следовательно, одинаковый спин. Частицы света — фотоны — передадут мишени вдвое больший вращательный момент, а отдельные частицы, например я-мезо-ны, вообще не вызовут вращения. Их спин равен нулю.

Количественное значение спина любой частицы известно точно. Трудно говорить о том, велико это значение или мало, — ведь в микромире действуют непривычные для нас масштабы. Если, например, обстреливать мишень электронами в течение миллиарда лет, делая по тысяче «выстрелов» в секунду, то мишень размером с копейку начнет вращаться и будет делать один оборот... за 3 года. И в то же время спин существен во многих случаях. И, в частности, при соединении атомов в молекулу.

ЧТО ОПРЕДЕЛЯЕТ ВАЛЕНТНОСТЬ АТОМОВ?

Электрон, как показывает опыт, может быть «закручен» только двумя способами: «вращение» электрона образует либо правый, либо левый винт с направлением его движения. Другими словами, возможны только две ориентации спина по отношению к любому направлению. Поэтому, если спин одного электрона направлен определенным образом, то спин другого либо параллелен ему, либо антипараллелен.

При образовании молекул все как раз и зависит от направления спинов. Так, химическая связь в молекуле водорода возникает только в том случае, когда коллективизируемые электроны имеют противоположно направленные спины. При столкновении атомов водорода

с параллельными спинами электроны также коллективизируются, но только на некоторое время, и потому прочных соединений не возникает. Объясняется это тем, что при антипараллельных спинах электроны проводят сравнительно большое время между ядрами, так что средняя плотность отрицательного заряда оказывается достаточной для уравновешивания отталкивания ядер. При параллельных спинах эта плотность мала, и ядра расталкиваются^

Квантовая механика не рекомендует сравнивать свои объекты с чем-либо наглядным. Но если попробовать все же сравнить, то можно сказать, что свойства электронов напоминают здегь поведение двух головастиков, которые пытаются втиснуться в узкую щель одновременно, голова к голове. Межъядерное пространство доступно для электронов с противоположными спинами, равно как узкая щель — для «антипараллельных» головастиков.

Итак, химическая связь в молекуле водорода осуществляется парой электронов, имеющих антипараллельные спины. Но почему бы трем электронам не связать сразу три ядра? Оказывается, квантовая механика накладывает на движение электронов особый запрет. Он называется принципом Паули. Два электрона, согласно этому принципу, не могут быть в одном и том же состоянии. «Хоть чем-нибудь, но различайтесь», — гласит наказ природы. Состояния коллективизированных электронов в молекуле водорода тождественны во всех отношениях, кроме одного: они могут отличаться только ориентацией спинов. А возможны лишь две ориентации. И третий электрон здесь оказывается совершенно излишним. После того как молекула водорода образована, она всегда будет отталкивать водородные атомы.

X X