Sommaire.2014 L'auteur calcule, d'après les données de la mécanique ondulatoire, les moments de rotation pour le mouvement d'un corpuscule chargé dans un champ de force central quelconque.Il retrouve les formules que Born, Heisenberg et Jordan avaient déduises de la mécanique des matrices, mais avec cette précision supplémentaire, que les nombres de quanta l et m doivent nécessairement être entiers et non pas demi-entiers.Dans un champ magnétique, on obtient ainsi un effet Zeeman normal et une formule de paramagnétisme semblable à celle que fournit l'ancienne mécanique quantifiée : pour l'effet Zeeman anomal, il faudra introduire la notion de rotation de l'électron sur lui-même.Les définitions de Gordon [Zts.f.Phy., t. 40 (1926), p. 117] ne modifient rien aux conclu- sions de cette étude, mais permettent de retrouver très correctement l'inertie de l'énergie cinétique et la rotation de Larmor.i. Introduction.-La mécanique ondulatoire ne suffit pas à expliquer les formules expérimentales relatives à l'effet Zeeman ; ainsi que Schrôdinger l'a déjà noté, il faudra, pour arriver à une théorie satisfaisante, introduire réquivqlent de l'électron tournant.Je veux préciser ici ces difficultés, et montrer que la théorie sous sa forme actuelle, se rapproche déjà autant que possible des faits observés.considérons le mouvement d'une particule chargée, dans un champ de force central, et prenons des coordonnées.sphériques 1B 0, -:,.
Sommaire.2014 L'auteur calcule, d'après les données de la mécanique ondulatoire, les moments de rotation pour le mouvement d'un corpuscule chargé dans un champ de force central quelconque.Il retrouve les formules que Born, Heisenberg et Jordan avaient déduises de la mécanique des matrices, mais avec cette précision supplémentaire, que les nombres de quanta l et m doivent nécessairement être entiers et non pas demi-entiers.Dans un champ magnétique, on obtient ainsi un effet Zeeman normal et une formule de paramagnétisme semblable à celle que fournit l'ancienne mécanique quantifiée : pour l'effet Zeeman anomal, il faudra introduire la notion de rotation de l'électron sur lui-même.Les définitions de Gordon [Zts.f.Phy., t. 40 (1926), p. 117] ne modifient rien aux conclu- sions de cette étude, mais permettent de retrouver très correctement l'inertie de l'énergie cinétique et la rotation de Larmor.i. Introduction.-La mécanique ondulatoire ne suffit pas à expliquer les formules expérimentales relatives à l'effet Zeeman ; ainsi que Schrôdinger l'a déjà noté, il faudra, pour arriver à une théorie satisfaisante, introduire réquivqlent de l'électron tournant.Je veux préciser ici ces difficultés, et montrer que la théorie sous sa forme actuelle, se rapproche déjà autant que possible des faits observés.considérons le mouvement d'une particule chargée, dans un champ de force central, et prenons des coordonnées.sphériques 1B 0, -:,.
L'hypothèse des sauts quantiques (qu'un point matériel ne peut émettre ou recevoir d'actions extérieures qu'à des intervalles d'action hamiltonienne égaux à h) impose au champ ambiant des forces électromagnétiques une propagation apparente régie par une équation d'ondes où intervient l'action hamiltonienne de l'électron-explorateur nécessaire pour déceler le champ. Cette action hamiltonienne étant d'autre part déterminée par le champ extérieur à la manière classique, l'équation définitive qui régit le champ ambiant résulte de l'élimination de l'action hamiltonienne entre l'équation d'ondes et les équations de la mécanique classique. Cette élimination, immédiate dans le cas de l'approximation de Schrodinger, ne peut se faire dans le cas de la mécanique relativiste qu'en passant des équations du second ordre (des ondes et d'Hamilton-Jacobi) à des équations du premier ordre équivalentes et donne alors le système d'équations de Dirac. Ces équations de Dirac une fois résolues, on peut calculer en fonction de leurs solutions, au moyen des équations précédentes du premier ordre, la quantité de mouvement et l'énergie d'un électron-explorateur en un point quelconque du champ ambiant. Le fait que la position initiale d'un électron vrai est indéterminée dans les données du problème ne permet alors de traiter l'étude de la trajectoire de l'électron que statistiquement, par les méthodes classiques de la mécanique statistique. On retrouve ainsi, dans le cas des trajectoires « possibles » de la mécanique classique, les interprétations statistiqnes prises en hypothèse par Dirac. Un appendice revient sur l'approximation de Schrödinger, précise la différence des électrons vrais et des électrons explorateurs, et interprète l'expérience de Davisson et Germer.
L'équation fondamentale de la mécanique ondulatoire peut ètre résolue par une méthode d'approximations successives ; au lieu de chercher directement la fonction ψ de Schrodinger, on pose ψ = e^((2πi/h)S) et l'on obtient pour S une équation de la forme [FORMULE], où le premier membre est identique à celui de l'équation de Hamilton, tandis qu'au second membre figure une expression linéaire par rapport aux dérivées partielles du premier et second ordre de S. Cette équation peut être résolue par approximations en posant [FORMULE] et l'on a pour S0 l'équation ordinaire de Hamilton ; la série des équations qui permettent de déterminer S1, S2..., Sn... est ensuite linéaire. La fonction S, en un point donné, est multiforme, tout comme la fonction classique S0 ; sa valeur est déterminée à Σ mh Ik près, les lk étant les périodes de S ; pour que la fonction ψ n'ait qu'une seule détermination, il faut que la périodicité de l'exponentielle compense l'indétermination de S, ce qui donne les conditions Ih = nh h (nk entier). Si l'on s'en tient à la première approximation (S0), on retrouve ainsi la mécanique quantifiée de Sommerfeld, Schwarzschild, etc. Les approximations ultérieures apportent diverses corrections à ce premier calcul (quanta fractionnaires, sélection, etc.). L'auteur développe et précise cette méthode, qu'il avait déjà exposée dans une note aux compte rendus [C. R., t. 183 (5 juillet 1926), p. 24] et qui fut indiquée indépendamment par Wentzel [Zts. f. Phys., t. 38 (1926), p. 318] sous une forme d'ailleurs moins générale. Il était aussi intéressant de rechercher le type le plus général de problèmes résolubles ; c'est ce que tente l'auteur, en généralisant autant que possible les résultats obtenus précédemment. Incidemment, on constate que les équations générales ne permettent plus l'inversion du signe du temps, à moins que l'on ne change simultanément le signe de h ; ceci aura pour conséquence physique de remplacer les absorptions d'énergie par des émissions, et réciproquement D'autre part, les renseignements donnés, d'une manière très générale, sur la méthode de résolution des équations, permettent de préciser la forme des matrices et de montrer par quel mécanisme s'introduisent les règles de sélection. L'auteur indique enfin une suggestion sur le rôle du temps dans la mécanique nouvelle ; il propose une définition qui permet de retrouver sans ambiguïté les fréquences optiques, mais enlève toute existence physique aux fréquences des états stables.
Ce travail fait suite à un article que nous avons publié l'an dernier dans ce Journal sur la définition du centre de gravité en Mécanique Ondulatoire. Etudiant d'abord certaines de ses prcpriétés, nous précisons en quoi il est assimilable à un corpuscule lourd, et s'il existe des relations d'incertitude plus précises que celles de Heisenberg auquel il satisfasse, dans quelles conditions il se comporte rigoureusement comme un corpuscule lourd, et quels cas s'en rapprochent suffisamment. Puis nous examinons s'il est possible comme en Mécanique classique de constituer une cinétique logiquement indépendante de la Mécanique Ondulatoire et d'y faire rentrer les théorèmes liés aux grandeurs cinétiques du centre de gravité. Nous trouvons qu'on peut le faire sous deux formes : la « cinétique opératorielle » donnant seulement des relations entre opérateurs, la « cinétique quantique » donnant des relations entre les valeurs des diverses grandeurs cinétiques. Nous cherchons ensuite dans quels cas on peut étendre à la mécanique de Dirac les divers théorèmes concernant le centre de gravité. Nous les appliquons alors à la théorie du photon de Louis de Broglie, au spin d'un système, à un noyau atomique, à un proton supposé complexe pour lequel nous donnons une équation de mouvement.
La mécanique classique ne tient pas compte du fait que les forces d'interaction qui agissent sur l'électron sont propagées par ondes. D'autre part, la théorie de Maxwell ne définit aucune fréquence des ondes dont elle étudie la propagation. L'apparition de la discontinuité manifestée par les théories des quanta est attribuée à une propriété fondamentale de la matière, qui ne peut émettre ou recevoîr d'actions extérieures qu'à des intervalles d'action hamiltonnienne égaux à h. Ceci permet de définir des fréquences pour le champ ambiant, champ des forces extérieures agissant sur l'électron. Le champ ambiant apparaît ainsi discontinu du fait des électrons explorateurs qui sont nécessaires pour le faire apparaître, et on lui substitue, pour l'étude mathématique, un champ continu fictif de même amplitude et de même fréquence. Seules certaines de ces fréquences sont stables, permettent l'équilibre entre le champ ambiant et l'électron qui y est plongé : ce sont les fréquences données par l'équation de Schrodinger, qui est retrouvée à partir des conceptions précédentes : c'est donc une équation de condition ajoutée aux équations de la mécanique classique. C'est essentiellement parce qu'on traite un problème de conditions aux limites que les « fréquences critiques » apparaissent. (Le succès de l'interprétation statistique de l'équation de Schrodinger est attribuée aux propriétés générales d'une méthode d'intégration d'une équation aux dérivées partielles.) En même temps, une interprétation de la cinquième dimension est proposée, et la raison donnée de la simplification qu'elle apporte aux calculs. La théorie présente conduit naturellement à considérer le système d'équations de Dirac et à donner une signification géométrique aux « spinvariables » qu'il a introduites.
Sommaire.2014 Le but du mémoire est d'exposer les principes généraux de la nouvelle conception ondulatoire de la mécanique suggérée par l'auteur et confirmée par les récents travaux de Schrodinger.L'auteur a cherché d'abord à montrer, dans le cas particulier des champs constants, comment les résultats de Schrodinger prolongent et complètent les siens; puis il examine si les mêmes idées peuvent être étendues aux champs variables et à la dynamique des systèmes.Résumant enfin la manière dont Schrodinger a pu ramener la mécanique quantique d'Heisenberg, Born et Jordan à la nouvelle mécanique ondula- toire, il indique rapidement, en terminant, les problèmes que pose le raccord de la théorie électromagnétique avec l'ensemble de ces conceptions.SÉRIE VI. -TOME VII.NOVEMBRE 1926 N-IJ 1. I. -DYNAMIQUE ONDULATOIRE DU POINT MATÉRIEL DANS LN CH.1J1P ' Pour interpréter les faits expérimentaux, les physiciens ont été amenés à considérer surtout le type suivant de solution de l'équation ( t ) : OÙ '1 est une constante appelée la fréquence de l'onde, et -1, une fonction représentant son (1) Voir notamment Thèse de doctorat, )Iasson, i924, et J. Phys., t. 7 (1926).1-6.(2) Ann.der Phys., t. 79 (i926), 351, 489 et 734.Je désignerai ces trois mémoires par les lettres A, B, C.
Le présent mémoire est consacré à l'examen des raisonnements qui ont conduit à nier la possibilité de mettre en évidence le moment magnétique propre d'une particule de spin 1/2 (électron) par des expériences où les conceptions de la Mécanique ponctuelle sont valables. Le raisonnement de M. Bohr qui s'appuie sur les relations d'incertitude est entièrement valable pour les particules de vitesse faible, mais il paraît échouer pour des particules de vitesse comparable à celle de la lumière dans le vide. Le raisonnement dû à M. Pauli, qui effectue le passage des équations d'onde de Dirac à la Mécanique ponctuelle par l'approximation de l'optique géométrique, parvient à la conclusion que la Mécanique ponctuelle des particules à spin serait identique à celle des particules sans spin. De là découlerait l'impossibilité de mettre en évidence, dans le domaine de la Mécanique ponctuelle, l'action du gradient d'un champ magnétique sur le moment magnétique propre de la particule. En réexaminant ce passage à l'approximation de l'optique géométrique, on arrive ici à des conclusions différentes. En accord avec des travaux récents de M. Jan Weyssenhoff, la Mécanique ponctuelle de la particule de spin 1/2 est une mécanique à masse propre variable qui dépend du moment magnétique propre. Il n'y aurait donc pas d'impossibilité théorique a priori de mettre ce moment en évidence dans des expériences où la Mécanique ponctuelle est valable. Néanmoins il paraît difficile de trouver pour la masse, la charge et la vitesse de la particule des valeurs permettant d'effectuer une telle expérience, mais la difficulté serait d'ordre expérimental et ne dériverait pas d'une raison théorique a priori.