Verbum

А́ТАМНАЯ ФІ́ЗІКА,

раздзел фізікі, прысвечаны вывучэнню будовы і ўласцівасцяў атамаў, а таксама элементарных працэсаў, у якіх яны ўдзельнічаюць. У шырокім сэнсе атамная фізіка (субатамная фізіка) — фізіка мікраскапічных з’яў, якім характэрна перарыўнасць рэчыва і электрамагнітнага выпрамянення і якія падпарадкоўваюцца квантавым законам (гл. Элементарныя часціцы, Атам, Малекула, Фатон).

Гіпотэза, што матэрыя складаецца з атамаў як найменшых непадзельных і нязменных часціц, узнікла ў Стараж. Грэцыі ў 5—33 ст. да нашай эры. Дасканалыя ўяўленні пра атамістычную будову рэчыва склаліся значна пазней. У сярэдзіне 19 ст. дакладна вызначаны паняцці малекулы і атама. У канцы 19 ст. адкрыты электрон, рэнтгенаўскія прамяні і радыеактыўнасць, што дало магчымасць устанавіць складаную будову атама. Сучасную ядз. мадэль атама прапанаваў Э.Рэзерфард у 1911. Гэта мадэль і квантавыя ўяўленні М.Планка, А.Эйнштэйна і інш. далі магчымасць Н.Бору ў 1913 стварыць першую квантавую тэорыю атама і яго спектраў (гл. Бора тэорыя). У 1923 Л. дэ Бройль выказаў ідэю пра хвалевыя ўласцівасці часціц рэчыва, што было пацверджана эксперыментальна ў доследах па дыфракцыі электронаў у 1927 (гл. Дыфракцыя часціц).

Тэарэтычныя асновы атамнай фізікі закладзены ў 1925—28 працамі В.Гайзенберга, Э.Шродынгера, М.Борна, П.Дзірака і інш., у выніку чаго ўзніклі квантавая механіка і квантавая электрадынаміка. На гэтай аснове дадзена тлумачэнне вял. колькасці мікраскапічных з’яў і прадказаны шэраг эфектаў на атамна-малекулярным узроўні (гл. Атамныя спектры, Вымушанае выпрамяненне, Зонная тэорыя, Фотаэфект). Для апісання ўласцівасцяў элементарных часціц і іх узаемадзеянняў створана квантавая тэорыя поля. Развіццё атамнай фізікі прывяло да карэннага перагляду асн. уяўленняў і паняццяў фізікі мікраскапічных з’яў і ўзнікнення новых галін ведаў і тэхн. дастасаванняў, напрыклад квантавай электронікі, мікраэлектронікі, фізікі цвёрдага цела. На Беларусі даследаванні па атамнай фізіцы і сумежных навуках праводзяцца з канца 1950-х г. у ін-тах фіз. і фізіка-тэхн. профілю АН, БДУ, Бел. політэхн. акадэміі і інш.

Літ.:

Зубов В.П. Развитие атомистических представлений до начала XIX века. М. 1965;

Хунд Ф. История квантовой физики Киев, 1980;

Джеммер М. Эволюция понятий квантовой механики: Пер. с англ. М. 1985;

Ельяшевич М.А. Развитие Нильсом Бором квантовой теории атома и принципа соответствия // Успехи физ. наук. 1985. Т. 147, вып. 2.

М.А.Ельяшэвіч.

т. 2, с. 67

ВА́КУУМ у квантавай тэорыі поля,

асноўны (энергетычна найніжэйшы) стан квантавых палёў, узбуджэнні якога супастаўляюцца адпаведным элементарным часціцам. Характарызуецца мінім. энергіяй, нулявымі імпульсамі, момантам імпульсу, эл. зарадам і інш. квантавымі лікамі. Пад вакуумам разумеюць таксама стан поля, дзе адсутнічаюць якія-н. рэальныя часціцы.

Флуктуацыі вакууму тыпу часціца — антычасціца абумоўліваюць спантаннае выпрамяненне атамаў, рассеянне святла па святле, зрух атамных узроўняў, экранаванне эл. зараду і антыэкранаванне каляровага зараду ў квантавай хромадынаміцы (т.зв. асімптатычная свабода). Вакуум можа мець іншую сіметрыю, чым ураўненні зыходнай квантавай тэорыі (напр., В.Хігса, θ — вакуум). Вакуум нагадвае кандэнсаванае асяроддзе, таму ў ім могуць адбывацца палярызацыя, фазавыя пераходы і інш. эфекты, якія вывучаюцца і ў шэрагу выпадкаў з высокай дакладнасцю пацверджаны эксперыментальна.

Літ.:

Гл. пры арт. Квантавая тэорыя поля.

Я.А.Таўкачоў.

т. 3, с. 464

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

ВАГА́ННІ КРЫШТАЛІ́ЧНАЙ РАШО́ТКІ,

узгодненыя зрушэнні атамаў крышталя каля становішчаў раўнавагі (вузлоў рашоткі). Характар ваганняў залежыць ад сіметрыі крышталёў, ліку атамаў у элементарнай ячэйцы, тыпу хім. сувязі, віду і канцэнтрацыі дэфектаў у крышталях. Амплітуда ваганняў павялічваецца з павышэннем тэмпературы крышталя. На цеплавыя ваганні могуць накладвацца ваганні, выкліканыя распаўсюджваннем у крышталі пругкіх хваляў, абумоўленых знешнім уздзеяннем.

У крышталі з N элементарных ячэек па υ атамаў у кожнай існуе 3υN-6 незалежных найпрасцейшых нармальных ваганняў, кожнае з якіх можна ўявіць у выглядзе дзвюх плоскіх пругкіх хваляў, што распаўсюджваюцца ў процілеглых напрамках. Гэтыя ваганні складаюцца з трох акустычных галін (ім адпавядаюць зрушэнні элементарнай ячэйкі як цэлага) і 3 (υ—1) аптычных (адпавядаюць зрушэнням атамаў унутры элементарнай ячэйкі). Пры пругкім характары міжатамнага ўзаемадзеяння вагальная энергія крышталя складаецца з энергій нармальных ваганняў, кожнае з якіх уцягвае ў рух усе атамы. Вагальную энергію крышталя можна разглядаць і як суму энергій фанонаў — квантаў энергіі пругкіх ваганняў. Квантавая прырода ваганняў крышталічнай рашоткі праяўляецца ў наяўнасці нулявых ваганняў атамаў пры Т = 0К. Ваганні крышталічнай рашоткі ўплываюць на электраправоднасць металаў і паўправаднікоў, на аптычныя ўласцівасці дыэлектрыкаў.

Літ.:

Анималу А. Квантовая теория кристаллических твердых тел: Пер. с англ. М., 1981;

Рейсленд Дж. Физика фононов: Пер. с англ. М., 1975;

Федоров Ф.И. Теория упругих волн в кристаллах. М., 1965.

М.А.Паклонскі.

т. 3, с. 428

ГЕ́ЛІЙ

(лац. Helium),

Не, хімічны элемент VII групы перыядычнай сістэмы, ат. н. 2, ат. м. 4,0026. Прыродны гелій складаецца з 2 стабільных ізатопаў ​⁴He (99,999862%) і ​³He. Належыць да інертных газаў. Адзін з найб. пашыраных элементаў космасу (2-і пасля вадароду). Адкрыты ў 1868 астраномамі Ж.Жансэнам і Н.Лок’ерам у спектры сонечнай кароны (назва ад грэч. helios — Сонца). У атмасферы 5,27·10​^-4% па аб’ёме (​⁴He утвараецца пры α-распадзе радыенуклідаў торыю, урану і інш. элементаў). Ядры ​⁴He — альфа-часціцы. Гелій маюць некат. прыродныя газы (да 2% па аб’ёме) і мінералы. Вылучаны ў 1895 У.Рамзаем з мінералу клевеіту.

Аднаатамны газ без колеру і паху, t_кіп -268,39 °C (самая нізкая сярод вадкасцей), шчыльн. 0,17847 кг/м³ (0 °C). Адзіны элемент, які не цвярдзее пры нармальным ціску нават пры т-ры, блізкай да 0 К, t_пл -271,25 °C (ціск 3,76 МПа). Горш за інш. газы раствараецца ў вадзе, характарызуецца выключнай хім. інертнасцю. У прам-сці атрымліваюць з газаў прыродных гаручых метадам глыбокага ахаладжэння. Выкарыстоўваюць пры зварцы, рэзцы металаў, перапампоўванні ракетнага паліва, у вытв-сці цеплавыдзяляльных элементаў, паўправадніковых матэрыялаў (у якасці ахоўнага асяроддзя), у аэранаўтыцы, для кансервацыі харч. прадуктаў і інш. Гелій вадкі — квантавая вадкасць. Пры т-ры 2,17 К (-270,98 °C) і ціску пары 0,005 МПа (т.зв. λ-пункт) у вадкім ​⁴He (бозэ-вадкасць) адбываецца фазавы пераход другога роду (ад He I да He II). He I бурна кіпіць ва ўсім аб’ёме, He II — спакойная вадкасць, якой уласціва звышцякучасць. Выкарыстоўваюць у крыягеннай тэхніцы як холадагент, вадкі ​³He — адзінае рэчыва для вымярэння т-ры ніжэй за 1 К.

В.Р.Собаль.

т. 5, с. 140