文|小新论视界
编辑|小新论视界
«●—【前言】—●○»
在波尔研究他的氢原子模型的同时，H.G.J.莫斯利检测了许多元素的x射线波谱。
通过使用Z而不是相对原子质量对元素进行排序，解决了元素周期表中的几个不一致问题。后来，新元素的发觉一直弥补了一些空白。
非常是，对于这些具有相像物理性质并因而无法分辨的稀土元素，有人说，“在一个晚上，莫斯利就可以解决让物理家们困扰了几六年的问题，并确定可能的稀土的真实数目”。
莫斯利的观察结果可以用一个相对简单的原子模型来解释，它扩充了玻尔的氢模型。
«●—【莫斯利和原子序数】—●○»
莫斯利确定了发射线频度的平方根与原子序数Z成反比（他定义为原子在元素周期表中的位置，从氢的Z=1开始计数），即：
莫斯利的原始图如上图所示。正如我们看见的，这个等式是对实际情况的相当简化，但在当时是十分强悍的。
将玻尔的原子模型扩充到较重的原子的一种自然方式是假定电子从顶部开始塞满了容许的轨道。
每位基态只有一定数目的电子的空间，所以它们不能全部步入最低基态，它们在原子核周围排列成壳层，用主量子数标记。
这个壳结构出现是由于泡利不相容原理和电子载流子，但如今让我们把它作为一个经验事实，最大数目的电子n=1壳是2，n=2壳有8和n=3壳有18，等等。
因为历史缘由，x射线波谱学家不使用主量子数，而是用字母标记壳体：K表示n=1，L表示n=2，M表示n=3等等，按字母次序排列。
电子壳的概念解释了元素的物理性质依赖于这些电子结构，比如惰性二氧化碳有完整的电子壳，这种稳定的构象不乐意产生物理键。
以下方法从原子中发射x射线，莫斯利通过轰击g的样本来形成x射线。
图中元素x射线线与原子序数频度的平方根的莫斯利图。
莫斯利的工作确定了原子序数Z是一个比“原子量”（现今称为相对原子质量）更基本的量。
根据现代惯例，水平尺度的单位将在顶部为（108√Hz），在底部的对数尺度为（10−10米）。
在真空管中被加这种快速电子从样品中的原子中敲出一个电子，在原子壳上留下一个空位或空穴。速到高压。
这促使一个来自一个较高的壳层的电子“下落”来填充这个洞，发射的幅射波长与壳层之间的能量差相对应。
为了定量地解释莫斯利的观察结果，我们须要更改关于玻尔理论中的多项式物理学家 凭着发现x射线，以解释小于质子+1e的电荷核的影响。
这些对原子序数平方的依赖意味着，不仅最轻的元素外，所有的低洼壳层之间的跃迁就会造成波谱x射线区域的幅射发射。
扩充玻尔理论的结果对于氢离子是确切的，即在一个电荷Z核周围有一个电子的系统。
在中性原子中，其他电子（不跳跃的电子）不仅仅是被动的旁观者，而是部份屏蔽核电荷；对于一条给定的x射线线，例如K-到l-壳层的跃迁，一个更精确的公式是：
筛选因子σK和σL并不完全独立于Z，但是每位壳层的这种筛选因子的值略有不同。
这些简单的方式并不能解释为何壳内的屏蔽因子可以超过壳内的电子数目，比如Z=74的σK=2，虽然当一个空穴产生时，这个壳中只剩下一个电子。
这在电子围绕原子核运行的精典模型中没有意义，但可以用原子波函数来解释——一个具有高主量子数（和小角动量）的电子在较小的径向距离上被发觉的机率是有限的。
x射线的研究早已在原子化学学、天体化学学和汇聚态物质等领域发展成为一个完整的领域，但这儿只有几个简略的事实。
当一个电子从k壳层中移除时，原子的能量等于它的结合能。
空穴（或等价于下落的电子）一次可以跳不止一个壳；给定的壳层的每一行都用埃及字母标记（如同氢的系列）一样。
这是由我们在索姆菲尔德理论高考虑的相对论效应导致的精细结构。
同样的α→Zα)表明，精细结构的次序（Zα）是总结构的2倍，其本身与z2成反比。
为此，相对论效应随着z4的降低而下降，并对重原子的内部电子显得特别明显。
壳的这些相对论分裂解释了，为何在莫斯利图中有两条Kα线的紧密间隔曲线，以及l系列曲线的出现。
现在，原子化学学中的许多x射线工作都是借助同步加速器等源进行的；这种设备通过粒子加速器中使用的技术来加速电子。
一束高能电子在环状循环，圆周运动造成电子幅射x射线。这些源可以拿来获得x射线吸收波谱。
许多有趣的过程在原子化学学中发生在“高能”，但我们现今的重点主要是在低能量。
精典的寿命值给出了原子在给定的跃迁上衰变的最快时间，这一般接近于观测到的强跃迁的寿命。
原子的衰减速率并不比以相同波长幅射的精典偶极子快，但它们可能衰减得更慢（在严禁跃迁的情况下有许多数目级）。
«●—【爱因斯坦A和B系数】—●○»
原子结构思想的发展与原子幅射的发射和吸收实验有关，比如x射线或光。
当一个电子从一个容许的轨道跳到另一个轨道时，幅射的发射被觉得是为了带走能量而必须发生的事情，但其机制没有被解释。
基于对这个过程的直观理解，爱因斯坦设计了一个定量处理自发发射现象的方式。
爱因斯坦考虑了具有两个基态的原子，e1和e2，每位基态可能有一个以上的状态，具有相同能量的态数是由g1和g2表示的g1和g2的简并度。
爱因斯坦考虑了一个原子与单位频度间隔的能量密度ρ(ω)幅射互相作用所发生的事情。幅射以与ρ（ω12）成反比的速度导致从上层到下层的转变，其中比列常数为B12。
通过对称性，被期望的幅射将造成从下层到上层的转变，其速度依赖于能量密度，但比列常数b21（下标的发射次序与吸收不同）。
这是一个受迸发射过程，其中角频度ω的幅射使原子发射相同频度的幅射。在入射频率下的光量的降低是激光器工作的基础。
而增长被自发幅射的过程所打破，其中一个原子增长到较低的水平，虽然没有外部幅射存在。
爱因斯坦引入了系数A21来表示这个过程的速度。为此，n1和n2水平的种群的速度等式为：
第一个等式分别给出了n2的吸收、受迸发射和自发发射的变化速度。
第二个等式是只有两个基态的结果，所以离开2级的原子必须步入1级；这相当于N1+N2=常数的条件。
当ρ(ω)=0，以及一些原子最初处于下层（N2(0)=0）时，多项式有一个衰减指数解：
平均寿命是：
爱因斯坦设计了一个聪明的论据来找到A21-和b-系数之间的关系，这促使原子与幅射互相作用的方式可以得到完整的处理。
爱因斯坦想像了这样一个原子在宋体幅射区域会发生哪些，比如在一个表面像宋体的袋子里。
角频度ω和ω+dω之间的幅射ρ(ω)dω的能量密度仅取决于袋子发射（和吸收）表面的气温T；这个函数由普朗克分布定理给出：
如今我们考虑在这个宋体幅射中一个原子的水平种群。在平衡状态下，n1和n2的变化率均为零，从上面所述中我们发觉：
在热平衡下，基态内每位状态的种群由玻尔兹曼因子（每位状态的种群等于基态乘以它的基态的简并度）给出。
结合最后这几个等式，我们得到：
爱因斯坦系数是原子的性质。它们之间的关系适用于任何类型的幅射，从激光器的窄带幅射到宽带光。
重要的是，通过上述等式表明，强吸收与强发射有关。爱因斯坦的处理早在量子热学的所有细节之前就捕捉到了数学学的基本特点。
«●—【塞曼效应】—●○»
而对于初期原子化学学的介绍性调查必须包括塞曼关于磁场对原子的影响的重要工作。
我们现今所说的塞曼效应的观察和其他三个关键的实验都是在19世纪末进行的，这种发觉共同标志着精典数学学和量子化学学之间的分水岭。
在详尽描述塞曼的工作之前，我将会简略地提及其他三个伟大的突破和它们对原子化学学的意义。
人们发觉了放电和火花发出的神秘¨射线，它们可以通过物质，使拍照胶卷变黑。
大概在同一时间，贝克雷尔的放射性的研究打开了核化学学的整个领域。
核化学领域后来由卢瑟福和其他人发展，证明原子有一个十分小的致密原子核，包含几乎所有的原子质量。
对于许多原子化学学来说，只要把原子核看作是坐落原子中心的正电荷+Ze就足够了。
但是，一些了解原子核的大小、形状和磁矩对于解释超精细结构和核素位移是必要的。
另一个巨大的突破是J.J.汤姆森的证明，即放电管中的阴极射线是带电粒子，其电荷质量比不依赖于放电管中的二氧化碳。
几乎与此同时，对磁场的塞曼效应的观察表明，在原子中有具有相同电荷质量比的粒子（我们现今称之为电子）。
原子包含电子的概念如今很显著，但在当时，它是玻尔在他的模型中组装的原子结构拼图中的一个关键部份。
不仅它的历史意义，塞曼效应提供了一个特别多的检测原子结构的有用的工具。
有些令人吃惊的是，我们可以用精典热学的推理线（在个别特殊情况下）来解释这些效应。
磁场中的一个原子可以被建模为一个简单的谐振子。
对于所有方向的位移，电子上的恢复力是相同的，但是振荡器沿x、y和z方向运动（当没有磁场时）具有相同的谐振频度ω0。
不仅恢复力（假定存在而没有进一步解释），还有带电粒子通过磁场所形成的洛伦兹力。
这包含了拉莫尔的频度。
我们使用矩阵方式来求解多项式，并找寻在ω振荡的向量方式的解，以矩阵方式写成。
特点值ω2可以从以下导数中找到：
另外的特点值可以通过求解ω2的二次方程来精确地得到。
将这种值代入，分别对应于ω=ω0−ΩL、ω0和ω0+ΩL的特点向量为：
磁场不影响沿z轴的运动，振荡的角频度仍为ω0。
与磁场的互相作用造成x和y方向的运动耦合在一起。
矩阵在最后一列或下一行没有非对角元素，所以x和y份量没有耦合到z份量，问题有效地简化为解决2×2矩阵。结果是在xy平面上有两个相反方向的圆周运动，如图所示。
那些圆周运动的频度通过拉莫尔的频度从ω0开始向下或向上联通。
«●—【总结】—●○»
为此，外部场的作用将原始的振荡在一个单一的频度（实际上是三个独立的振荡物理学家 凭着发现x射线，都具有相同的频度，ω0）分裂成三个独立的频度。
一个振荡的电子作为一个精典的偶极子幅射电磁波，塞曼观察到原子发射的光中的频度分裂ΩL。
对于只涉及轨道角动量（而没有载流子）的情况，这个精典模型的预测与量子热学的预测（包括正确的极化）完全一致，从这个模型中获得的直觉在更复杂的情况下提供了有用的指导。
而研究塞曼效应的精典处理的另一个诱因是，它提供了精典热学中简并微扰理论的一个事例。
参考文献：
爱因斯坦与相对论体系[J].郭汉英.现代数学知识,2005(05)
塞曼效应实验数据剖析与处理方式改进[J].杨冰;丁蔻;李丽华;董瑞新;闫循领.化学实验,2010(05)
塞曼效应实验检测电子荷质比的偏差缘由查找[J].罗剑峰;兰勇;康冬丽;尹红伟.学院化学实验,2011(04)
Alaserforthecoldatom[J].QiyuWang;;Wang;;Fu;;Liu;;QiangLin.,2016
爱因斯坦光速不变假定的裁定性实验检验[J].林金;李志刚;费景高;胡德风.宇航学报,2009(01)