числить все важнейшие характеристики водородного атома, как-то: его ионизационный потенциал, длительность пребывания в возбужденных стационарных состояниях, его магнитные и электрические свойства, а также основные оптические свойства, в частности интенсивность свечения. Мы уже отмечали, что возможность теоретического расчета интенсивностей свечения атомов и молекул является одним из очень важных достижений К. м.
В частности расчет свойств атома гелия был произведен в 1926 В. Гейзенбергом, показавшим приближенным интегрированием уравнения Шрёдингера для этой задачи, что теория прекрасно сходится с опытом и притом количественно. Таким образом на атоме гелия К. м. выдержала проверку опытом. Расчет более сложных атомов лития, берилия и т. д. наталкивается на очень большие математические (но не принципиальные) трудности, вызываемые сложностью дифференциального уравнения Шрёдингера для многоэлектронных оболочек атома. Однако были выработаны приближенные методы (метод Хартри, Фока, Бриллюэна, Ферми и др.), которые все же позволили сравнить результаты теории с опытом.
Опыт подтвердил правильность количественных теоретических выводов. Вместе с тем выяснилось глубокое отличие в строении разных электронных оболочек от строения, предсказывавшегося на основании классической механики и теории Бора. Далее К. м. объяснила периодическую систему элементов (см. ниже), позволив вычислить теоретическим путем важнейшие характеристики химических элементов и показав, что элементы располагаются как-раз в той последовательности, какая дается опытом. В итоге К. м. является надежной теоретической базой для всей спектроскопии, и в этой области в наст, время уже насчитываются тысячи исследований.
Строение молекул. К. м. впервые позволила произвести теоретический анализ строения молекул. Эта область была совершенно недоступна для теории Бора. В наст, время получены чрезвычайно детальные сведения о строении двухатомных молекул. В несколько Меньшей мере известно строение многоатомных молекул. Отметим в этой области работы Кронита, Морзе, Паулинга, Френкеля, Фюсса, Шрёдингера, Бора, Оцпенхеймера, Хилла, Ванфлека, Деннисона и мн. др. Однако К. м. многоатомных молекул развивается чрезвычайно быстро. Из специальных вопросов, рассматриваемых К. м. молекулярных систем, отметим: 1) вопросы передачи энергии при столкновениях (вопросы эти чрезвычайно важны для приложений К. м.). В частности объяснены многие явления, остававшиеся загадочными, напр. зависимость поперечного сечения атомов по отношению к электронам от скорости последних (Рамзауер). 2) Вопросы теории вращения и колебаний молекул и связанная с ними проблема теории теплоемкостей и распространения звуковых волн в различных веществах.
Вопросы теории валентности. Этот круг вопросов следует отметить особо, так как К. м. впервые выявила сущность гомеополярной химической связи и дала основание для теоретической химии (см. Квантовая химия). Химические свойства элементов обусловлены действием электронных оболочек атомов, соединяющихся в молекулы. Исследования устойчивости различных соединений атомов в молекулу,т. е. причин химической связи, были предприняты Гейтлером, Лондоном, Румером, Вейлем, Герцбергом, Стонером и мн. др. Уже первые работы Гейтлера и Лондона заложили фундамент теоретической химии. Эти авторы показали, что К. м. объясняет устойчивость водородной молекулы Н2 и химическую неактивность 'замкнутых оболочек, напр. гелия. В дальнейшем рядом авторов были открыты основания химии валентных связей, к-рые оказались связанными с обменным эффектом и спином (см. ниже), т. е. являются специфически квантовыми явлениями. Оказывается, что при определении сил взаимодействия между атомами по методу К. м. в нек-рых случаях к энергии кулоновского взаимодействия добавляется дополнительная энергия, обусловленная связующими действиями электронов. Эта энергия и носит название обменной энергии (Austauschenergie). Как на пример проявления этой энергии укажем на энергию связи атома водорода и протона в молекулу водородного иона Н|. В классической механике этому явлению нет аналога. Поэтому энергия и силы связи в молекуле Н| оставались для классической механики и теории Бора совершенно непонятными. Отметим еще, что К. м. успешно объяснила многие явления кинетики химических реакций. В наст, время уже существует специальная дисциплина — квантовая химия, занимающаяся указанными здесь вопросами.
Теория спина. Квантовая механика открыла новые свойства электронов и протонов — спин (см.) и связанный с ним магнитный момент (см.). Сущность явления спина заключается в следующем. Частица, движущаяся в центральном силовом поле, обладает определенным механическим моментом, который может быть вычислен по классической теории. Сравнение этого расчета с экспериментальными данными, относящимися к электрону в центральном поле, показывает, что классическая теория не учитывает всего момента количества движения. Электрону присущ еще собственный, специфически квантовый механический момент количества движения, к-рый и называется спином.
Со спином связано существование у электрона собственного магнитного момента. Дирак в 1928 заложил основания теории спина и магнитного момента, разрешив простейшую релятивистскую квантовую задачу о поведении одного электрона во внешнем электромагнитном поле. Эта работа Дирака имеет очень большое значение.
Квантовая статистика. Еще до Дирака в 1927 швейцарский физик-теоретик В. Паули теоретически разрешил проблему многих частиц, имеющих спин и движущихся с малыми скоростями, т. е. в нерелятивистском приближении. Паули показал, что частицы, обладающие спином, подчиняются совершенно иным законам статистического равновесного распределения по своим энергетическим состояниям, чем частицы, подчиняющиеся законам обыкновенной механики. Оказывается, что законы наиболее вероятных распределений квантовых частиц по энергетическим состояниям различны для разных квантовых частиц и отличаются от максвелловского закона распределения, к-рое получается для частиц, подчиняющихся законам классической механики.
В настоящее время известны частицы двух типов, имеющие различные законы наивероятнейшего статистического распределения по
