一个幸运的发现

在莱顿大学的昂尼斯实验室，有一个极不寻常的纪念碑，它是为纪念一个实验室而建造的。一个彩色的玻璃窗，它的三块镶板上画着实验所使用的装置，铭文写道：“纪念一个幸运的发现，它，……它在鼓舞人们的精神力量中，为合作努力树立了一个光辉榜样，这就是塞曼效应。”十九世纪，麦克斯韦创立了电磁场理论，并指出，光是一种电磁波，许多物理学家，如法拉弟，拉摩及洛仑兹等都力图寻找磁场对光的作用，但一直没有获得成功。
     1896年，年轻的荷兰物理学家塞曼，也对磁场与光的相互作用发生了浓厚的兴趣。他利用一直径为10英尺的凹罗兰光栅，独立地观测了处于强磁场中钠火焰光谱线的变化。通常，钠光谱线是由两条相距很近的锐线组成，其波长分别是5890Å及5896Å（黄光）。塞曼经过观测后发现，在垂直磁场方向，钠的两条谱线发生了分裂，分别分裂为六条线和四条线。1896年10月31日，塞曼把这一观测结果报告了阿姆斯特丹科学院。人们后来把光谱线在磁场中发生分裂的现象称之为“塞曼效应。”塞曼的发现立即引起了理论物理学家洛仑兹和拉摩的注意。有意思的是，在塞曼的发现之前，拉摩就已从理论上证明了光谱线在磁场中会发生分裂。但他计算后发现，这个分裂太小了，实验根本无法观察到，从而他放弃了实验的观测。
     塞曼效应宣布后，他才意识到自己原来的计算错了，把电子质量用质子质量取代了。物理学家现在已弄明白塞曼效应的起因，它起源于原子核外电子的运动。电子除具有围绕原子核的轨道运动外，本身还有自旋，电子自旋具有自旋磁矩。当电子从一个能量较高的轨道跃迁到一个能量较低的轨道时，就把多余的能量以光的形式释放出来。所有电子发光的总和就组成了原子发光谱。当原子处在磁场中时，磁场与电子的自旋磁矩会发生相互作用，产生一个附加的能量，它叠加在电子跃迁能级上，从而使电子发光能量发生变化。由于电子自旋有几种不同的取向，这种附加的能量也就有几个不同的值，这就使原来一条谱线变成了几条谱线，产生了“塞曼效应”。