Verbum

КВА́НТАВАЯ ВА́ДКАСЦЬ,

вадкасць, уласцівасці якой вызначаюцца квантавымі эфектамі (захоўваннем вадкага стану да абс. нуля т-ры, звышцякучасцю і інш.). З рэальных вадкасцей толькі ізатопы гелію (​³He і ​⁴He) маюць уласцівасці К.в., якія адкрыты і даследаваны Л.Капіцай у 1938 для вадкага ​⁴He.

Пры нізкіх т-рах К.в. можна разглядаць як сукупнасць неўзаемадзейных элементарных узбуджэнняў (квазічасціц) з пэўнай залежнасцю энергіі ад імпульсу. У адпаведнасці з цэлым ці паўцэлым значэннем спіна адрозніваюць бозе-вадкасці (напр., вадкі ​⁴He, атамы якога маюць спін, роўны 0) і фермі-вадкасці (вадкі ​³He, спін 1/2). Уласцівасці фермі-вадкасці маюць электроны праводнасці ў нармальных (незвышправодных) металах і ядз. матэрыя ў нейтронных зорках (пульсарах).

т. 8, с. 208

ГІ́БСА РАЗМЕРКАВА́ННЕ,

фундаментальны закон статыстычнай фізікі, які выражае размеркаванне імавернасцей знаходжання сістэмы, што складаецца з вял. колькасці часціц (т.зв. макраскапічнай сістэмы) у розных магчымых станах. Устаноўлена Дж.У.Гібсам (1901).

Гібса размеркаванне выражаецца як функцыя энергіі, тэрмадынамічнай імавернасці (кратнасці выраджэння) і колькасці часціц сістэмы. Для макраскапічных сістэм, якія знаходзяцца ў тэрмадынамічнай раўнавазе з навакольным асяроддзем, дзе падтрымліваецца пастаянная т-ра, сярэднія значэнні фіз. велічынь, вызначаныя на аснове Гібса размеркавання, супадаюць са значэннямі фіз. велічынь, знойдзеных пры адпаведных вымярэннях. Пры пэўных умовах, якія вызначаюцца ўласцівасцямі часціц сістэмы і магчымымі значэннямі яе энергіі, Гібса размеркаванне для класічнага ідэальнага газу пераходзіць у Больцмана размеркаванне, для квантавага газу базонаў — у Бозе—Эйнштэйна размеркаванне, для квантавага газу ферміёнаў — у Фермі—Дзірака размеркаванне.

т. 5, с. 217

ІДЭА́ЛЬНЫ ГАЗ,

тэарэтычная мадэль газу, у якой не ўлічваецца ўзаемадзеянне часціц газу (сярэдняя кінетычная энергія часціц намнога большая за энергію іх узаемадзеяння). Адрозніваюць І.г. класічны і квантавы. Уласцівасці класічнага І.г. апісваюцца Клапейрона—Мендзялеева ўраўненнем і яго асобнымі выпадкамі — Бойля—Марыёта законам, Гей-Люсака законам, Шарля законам; часціцы размеркаваны па энергіях у адпаведнасці з Больцмана статыстыкай. Мадэль класічнага І.г. добра апісвае разрэджаныя рэальныя газы пры т-рах, далёкіх ад т-ры іх кандэнсацыі. Пры паніжэнні т-ры або павелічэнні яго шчыльнасці неабходна ўлічваць квантавыя (хвалевыя) уласцівасці часціц І.г., калі даўжыня іх хваль дэ Бройля пры скарасцях, парадку цеплавых, параўнальная з адлегласцямі паміж часціцамі. Пры гэтым квантавы І.г. апісваецца Бозе—Эйнштэйна статыстыкай або Фермі—Дзірака статыстыкай.

Р.М.Шахлевіч.

т. 7, с. 169

ВЫ́РАДЖАНЫ ГАЗ,

квантавы газ, уласцівасці якога істотна адрозніваюцца ад уласцівасцей класічнага газу пры пэўных умовах. Гэта абумоўлена тоеснасцю аднолькавых часціц у квантавай механіцы (гл. Тоеснасці прынцып). Запаўненне часціцамі магчымых узроўняў энергіі залежыць ад наяўнасці на зададзеным узроўні інш. часціц. Таму залежнасць цеплаёмістасці і ціску выраджанага газу адрозніваецца ад ідэальнага класічнага газу; інакш выражаюцца патэнцыялы тэрмадынамічныя і інш. параметры.

Выраджаны газ існуе пры т-рах, меншых за тэмпературу выраджэння. Уплыў тоеснасці часціц больш істотны, пры меншай адлегласці паміж імі ў параўнанні з даўжынёй хвалі дэ Бройля. Т-ра выраджэння, што вызначае меры прыдатнасці класічнай тэорыі, вышэйшая пры меншай масе часціц газу і большай іх канцэнтрацыі. Напр., т-ра выраджэння электроннага газу ў металах каля 10000 К і таму гэты газ выраджаны пры ўсіх т-рах, пры якіх метал застаецца ў цвёрдым стане. Гл. таксама Квантавая вадкасць, Бозе-газ, Фермі-газ.

П.С.Габец.

т. 4, с. 319

БО́ЛЬЦМАНА СТАТЫ́СТЫКА,

раздзел статыстычнай фізікі, які вывучае ўласцівасці сістэм неўзаемадзейных часціц (электронаў, атамаў, малекул), што рухаюцца паводле законаў класічнай механікі.

Распрацавана ў 2-й пал. 19 ст. Дж.К.Максвелам і Л.Больцманам. Ва ўмовах цеплавой раўнавагі стан ідэальнага газу апісваецца функцыяй размеркавання 𝑓 = C_exp(-E/kT), дзе C — нарміровачная канстанта, E — поўная мех. энергія (сума кінетычнай і патэнцыяльнай энергія часціцы), k — Больцмана пастаянная, T — абс. тэмпература. Функцыя 𝑓 наз. размеркаваннем Максвела—Больцмана, з якога вынікае закон раўнамернага размеркавання кінетычнай энергіі па ступенях свабоды малекул: на кожную ступень свабоды прыпадае ў сярэднім энергія 1/2 kT. Больцмана статыстыкай карыстаюцца ў тых выпадках, калі квантавыя эфекты ў руху часціц можна не ўлічваць. Крытэрый яе дастасавальнасці (2ΠmkT)​^3/2/nh>1, дзе m — маса часціцы, n — канцэнтрацыя часціц, h — Планка пастаянная. Гэты крытэрый практычна выконваецца для малекул звычайных газаў і электронаў праводнасці ў паўправадніках. Для мікрачасціц Больцмана статыстыка недакладная і заменьваецца статыстыкай Бозе—Эйнштэйна або Фермі—Дзірака (гл. Квантавая статыстыка).

Больцмана статыстыка шырока карыстаецца ў кінетычнай тэорыі газаў, фізіцы паўправаднікоў, фізіцы плазмы, тэорыі эл. і магн. з’яў у рэчыве і інш. галінах фізікі.

В.І.Кузьміч.

т. 3, с. 210

КВА́НТАВАЯ ТЭО́РЫЯ ПО́ЛЯ,

рэлятывісцкая квантавая тэорыя элементарных часціц і іх узаемадзеянняў; адзін з асн. раздзелаў тэарэт. фізікі, у якім вывучаюцца агульныя законы будовы матэрыі на мікраўзроўні. У К.т.п. кожнаму тыпу элементарных часціц як першасных крыніц і пераносчыкаў фундаментальных узаемадзеянняў ставіцца ў адпаведнасць сваё другасна-квантаванае поле (гл. Другаснае квантаванне), якое апісваецца аператарнай хвалевай функцыяй Ψ (гл. Аператары, Хвалевая функцыя). Кампаненты Ψ пры замене каардынат прасторы—часу згодна з патрабаваннямі спец. адноснасці тэорыі пераўтвараюцца паводле прадстаўленняў групы Лорэнца (гл. Лорэнца пераўтварэнні). Функцыі свабодных палёў Ψ₀ раскладаюцца на плоскія хвалі дэ Бройля, якія апісваюць станы з вызначанай энергіяй і імпульсам: ${\displaystyle {\mathrm{\Psi }}_0=\sum _{\mathrm{n}}^{\mathrm{}}\text{(}{C}_n{e}^{ikx}+e^{-ikx}\text{)}}$ , дзе K = p/h, p — 4-мерны вектар энергіі-імпульсу часціцы, h — Планка пастаянная, x — вектар каардынат-часу, C_n і $C_n^{\mathrm{+}}$ — аператары паглынання і выпрамянення часціц у нейкім n-м стане. Аператары задавальняюць перастановачным суадносінам камутацыі (антыкамутацыі) і адпавядаюць часціцам цэлага (паўцэлага) спіна — базонам (ферміёнам), якія падпарадкоўваюцца Бозе—Эйнштэйна (Фермі—Дзірака) статыстыцы. У К.т.п. кожнай часціцы адпавядае антычасціца, а квантаванае поле з’яўляецца сістэмай часціц і антычасціц. Тут няма закону захавання ліку часціц: пры ўзаемадзеянні яны могуць узаемна пераўтварацца адны ў другія (адны часціцы паглынаюцца, другія нараджаюцца). Стан квантаванага поля, у якім колькасць рэальных часціц роўная нулю, наз. вакуумам (гл. Вакуум у квантавай тэорыі поля).

Першай К.т.п. стала квантавая электрадынаміка. Яе ідэі і метады былі распаўсюджаны на ўсе элементарныя часціцы і выкарыстаны пры пабудове квантавапалявых тэорый слабага (Э.Фермі, 1934) і моцнага (І.Я.Там, Дз.Дз.Іваненка, Х.Юкава, 1932—35) узаемадзеянняў, якія, аднак, не вытрымалі выпрабавання часам. Таму значнае развіццё атрымалі аксіяматычны і іншыя падыходы ў К.т.п. Аднак толькі на падставе універсальнага дынамічнага прынцыпу калібровачнай інварыянтнасці пабудаваны сучасныя калібровачныя квантавапалявыя тэорыі электраслабага ўзаемадзеяння (С.Вайнберг, Ш.Глэшаў, А.Салам, 1967—71) і моцнага ўзаемадзеяння — квантавая хромадынаміка (М.Гел-Ман, Вайнберг, Салам і інш., 1973), якія забяспечылі дастаткова добрую згоду тэорыі эксперыментам. Першаснымі крыніцамі гэтых узаемадзеянняў сталі лептоны і кваркі, а іх пераносчыкамі — кванты адпаведных калібровачных палёў: фатон, 3 слабыя вектарныя базоны і 8 глюонаў. Далейшае развіццё К.т.п. звязваецца з канцэпцыяй адзінай тэорыі поля, суперсіметрыі, рашотак, струн, мембран і інш. Метады К.т.п. шырока выкарыстоўваюцца ў ядз. фізіцы, тэорыі цвёрдага цела, оптыцы і спектраскапіі, квантавай электроніцы і інш.

На Беларусі пытанні К.т.п. распрацоўваюцца з 1944 у БДУ, пазней у Ін-це фізікі Нац. АН Беларусі (да пач. 1990-х г. пад кіраўніцтвам Ф.І.Фёдарава). Пабудавана агульная каварыянтная тэорыя рэлятывісцкіх хвалевых ураўненняў 1-га парадку, распрацаваны метад праекцыйных аператараў, з дапамогай уведзенай вектарнай параметрызацыі групы Лорэнца вырашаны многія пытанні рэлятывісцкай кінематыкі (Фёдараў, А.А.Богуш, Ю.А.Курачкін і інш.).

Літ.:

Боголюбов Н.Н., Ширков Д.В. Введение в теорию квантованных полей. М., 1957;

Федоров Ф.И. Проективные операторы в теории элементарных частиц // Журн. эксперимент. и теорет. физики. 1958. Т. 35, вып. 2;

Яго ж. Группа Лоренца. М., 1979;

Швебер С. Введение в релятивистскую квантовую теорию поля: Пер. с англ. М., 1963;

Ченг Т.-П., Л и Л.-Ф. Калибровочные теории в физике элементарных частиц: Пер. с англ. М., 1987.

А.А.Богуш, Ф.І.Фёдараў.

т. 8, с. 208