Специальная проблема возникла в связи с вопросом о происхождении серии линий, впервые наблюдавшихся в 1899 г. Пиккерингом в спектрах звёзд. Эта серия с большой точностью описывалась формулой
=
R
1
2^2
-
1
(n+1/2)^2
.
(9)
В связи с тем, что эта серия очень походила на бальмеровскую, её приписали водороду, и эта точка зрения, казалось, в сильной степени подкреплялась работой Ридберга, который сравнил между собой серии Бальмера и Пиккеринга, с одной стороны, и диффузными и резкими сериями других спектров, с другой. При этом им было предсказано существование ещё одной водородной серии
=
R
1
(3/2)^2
-
1
n^2
.
(10)
соответствующей обычной главной серии.
К 1912 г. Фаулер в процессе изучения сильного разряда в смеси водорода и гелия обнаружил не только линии серии Пиккеринга, но и серию линий, описываемых формулой (10), а также и ещё одну серию, представляемую формулой
=
R
1
(3/2)^2
-
1
(n+1/2)^2
.
(11)
Однако отнесение всех этих линий к спектру атома водорода было несовместимо с принципом соответствия, который, напротив, наводил на мысль, что серия Пиккеринга, а также и серии (10) и (11) следует приписывать иону гелия, представляющему собой электрон, связанный с ядром с зарядом, равным двум единичным. В самом деле, ожидалось, что такая система будет давать спектр того же типа, что и атом водорода, с той разницей, что для неё величину R следовало заменить на 4R.
Эти идеи на первых порах оспаривались ведущими спектроскопистами, в том числе Фаулером и Рунге. Я, в частности, припоминаю предупреждение, сделанное Рунге на коллоквиуме в Гёттингене и направленное против столь очевидно произвольного использования спектроскопических данных теоретиками, которые, как ему казалось, не ценят должным образом красоту и гармонию общей картины спектральных серий, обнаруженных прежде всего благодаря изобретательности Ридберга. Однако этот спор был вскоре разрешен ко всеобщему удовлетворению. Не только линии Пиккеринга и Фаулера вскоре после этого наблюдались Эвансом в гелии высокой чистоты, в котором отсутствовали следы линий водорода; более того, оказалось даже возможным показать, что незначительные отклонения линий, измеренных Фаулером, от формулы Ридберга в точности соответствуют небольшой поправке к ридберговской постоянной, выведенной чисто теоретически, если принять во внимание реальные значения масс атомных ядер.
Важным выводом из всей этой дискуссии было признание того факта, что определённые серии спектра магния, наблюдавшиеся Фаулером в сильном искровом разряде, могли быть сведены в более простую схему серий за счёт замены постоянной Ридберга на 4R. Подобные системы серий, в открытие которых в случае многих элементов Фаулер, а также Пашен внесли столь значительный вклад в последующие годы, известны теперь как искровые спектры. В противоположность обычным дуговым спектрам, возникающим от нейтральных атомов, эти спектры относятся к ионам единичного заряда, в которых слабо связанный электрон оказывается в условиях, сходных с теми, которые характеризуют электрон в ионе гелия. Полностью оправдалось также и предсказание о том, что ионы ещё большего заряда, N·e должны дать спектры, соответствующие обобщённой схеме Ридберга, в которой в общем случае постоянная Ридберга будет иметь вид N^2R. Едва ли мне необходимо говорить обо всём этом подробнее здесь, в этом превосходном институте, руководимом Эдленом, который, к восхищению всех физиков, с таким мастерством и настойчивостью в течение ряда лет получает и анализирует многообразие спектров многократно ионизованных атомов.
В рамках этого короткого доклада я ограничился пионерской работой Ридберга и некоторыми аспектами, вытекавшими из его открытия. Этому открытию довелось сыграть решающую роль на начальных этапах развития атомной физики, когда спектроскопические данные предоставили нам возможность так глубоко проникнуть в проблему строения атома. В частности, благодаря ему мы пришли к классификации связанных состояний электрона в оболочечной структуре, объяснившей во всех деталях свойства периодичности элементов. Истинная кульминация этого полуэмпирического приближённого подхода, характерного для рассмотренного первого периода, наступила, когда Паули сформулировал свой принцип исключения, который впоследствии столь гармонично вошёл в систему рациональных методов квантовой теории. Эти методы, хотя и заставили нас отказаться от привычных наглядных представлений, не уступают классической механике и электродинамике в последовательности и закономерности, и обеспечивают прочную основу для использования неисчерпаемых спектроскопических данных.