Verbum

МАГНІ́ТНАЯ СТРУКТУ́РА,

размеркаванне самаадвольнай намагнічанасці ўнутры ферамагнетыкаў пры т-рах, ніжэйшых за Кюры пункт Адрозніваюць М.с. атамную (характарызуецца упарадкаваным размеркаваннем атамных магнітных момантаў па вузлах крышталічнай рашоткі) і даменную (размеркаваннем даменаў з рознай арыентацыяй магн. момантаў па аб’ёме ўзору).

Атамная М.с. апісваецца сярэднім значэннем мікраскапічнай шчыльнасці магн моманту M(x, y, z) у кожным пункце крышталя. Крышталі з M(x, y, z) = 0 не маюць атамнай М.с. (дыямагнетыкі і парамагнетыкі). Крышталі з M(x, y, z) ≠ 0 бываюць з адрозным ад нуля (ферамагнетыкі) і роўным нулю (антыферамагнетыкі) сумарным магн. момантам элементарнай ячэйкі. Даменная М.с. можа назірацца эксперыментальна з дапамогай магн. парашку, які асядае на межах даменаў. У ферамагнетыках пры зададзенай т-ры форма даменаў, іх памеры і арыентацыя магн. момантаў залежаць ад памераў і формы ўзору, арыентацыі паверхні крышталя, дэфектаў крышталічнай рашоткі, унутр. напружанняў, а ў полікрышталічных узорах — і ад віду магн структуры суседніх крышталёў. Пад уплывам знешніх уздзеянняў (пруткіх напружанняў, знешніх магн. палёў, змен т-ры) адбываецца перабудова даменнай структуры. На сувязі паміж асн. магн. характарыстыкамі ферамагн. матэрыялу і яго структурай заснаваны магнітаструктурны аналіз, які найчасцей выкарыстоўваюць для вызначэння мех. уласцівасцей сталі і чыгуну пасля тэрмічнай апрацоўкі. На аснове залежнасці магн. характарыстык пэўнай маркі сталі ад т-ры загартоўкі, адпалу і да т.п., робяць неразбуральны кантроль якасці тэрмічнай апрацоўкі вырабаў. Найб. пашыраны магн. метады (з выкарыстаннем пастаянных магн. палёў для намагнічвання вырабаў), эл.-магн. (з выкарыстаннем пераменных эл.-магн. палёў), імпульсныя (імпульсных магн. палёў). Даследуецца таксама тэкстура металаў (на аснове выкарыстання сувязі тэкстуры з анізатрапіяй магн. уласцівасцей), спосабы кантролю ферамагн. складальнай у аўстэнітных сталях, каляровых металах і горных пародах.

На Беларусі праблемы М.с. і магнітаструктурнага аналізу даследуюцца ў Ін-це прыкладной фізікі Нац. АН.

Літ.:

Вонсовский С.В. Магнетизм. М., 1971;

Ивановский В.И., Черникова Л.А. Физика магнитных явлений. М., 1981;

Михеев М.Н., Горкунов Э.С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. М., 1993: Мельгуй М.А. Магнитный контроль механических свойств сталей. Мн., 1980.

М.​А.​Мяльгуй.

т. 9, с. 482

ЗО́ННАЯ ТЭО́РЫЯ крышталічных цвёрдых цел,

квантавая тэорыя спектра энергій электронаў крышталя. Паводле З.т. гэты спектр складаецца з зон дазволеных і забароненых энергій. З.т. тлумачыць шэраг уласцівасцей і з’яў у крышталях, у прыватнасці, розны характар іх электраправоднасці.

Аснова З.т. — аднаэлектроннае прыбліжэнне: скорасць руху атамных ядраў каля становішчаў раўнавагі многа меншая за скорасць электронаў; кожны электрон рухаецца ў трохмерна-перыядычным полі, якое ствараецца ядрамі і астатнімі электронамі. Зона праводнасці (с) і валентная зона (v) утвораны сукупнасцю атамных энергет. узроўняў, «расшчэпленых» у выніку аб’яднання свабодных атамаў у крышт. рашотку. Узроўні энергіі валентных электронаў (е) атама расшчапляюцца і зрушваюцца значна больш, чым узроўні ўнутраных электронаў (і). Шырыня забароненай зоны Eg (энергет. шчыліна паміж v- і с-зонамі) вызначаецца раўнаважнай адлегласцю паміж ядрамі (пастаяннай крышт. рашоткі d) У крышталі з N ідэнтычных атамаў кожны атамны ўзровень расшчапляецца на N узроўняў, якія ўтвараюць квазінеперарыўную дазволеную зону або яе частку. Электроны запаўняюць дазволеныя зоны энергій у адпаведнасці з Паўлі прынцыпам: на N узроўнях зоны можа знаходзіцца не больш за 2N электронаў. Уласцівасці крышталя залежаць ад колькасці электронаў у зоне праводнасці і/ці ад колькасці незапоўненых узроўняў (вакансій для электронаў) у валентнай зоне. Калі энергет. зона запоўнена электронамі часткова, то пад уздзеяннем знешняга эл. поля яны пераразмяркоўваюцца па ўзроўнях у зоне. Пры гэтым парушаецца сіметрыя размеркавання электронаў па скорасцях — узнікае эл. ток. Таму крышталь з часткова запоўненай c-зонай з’яўляецца правадніком электрычнасці — металам. Электроны ў поўнасцю запоўненай v-зоне з-за прынцыпу Паўлі не могуць пераразмяркоўвацца па ўзроўнях энергіі; крышталь з пустой с-зонай і поўнасцю запоўненай электронамі v-зонай — дыэлектрык. Калі цеплавая энергія дастатковая для пераводу часткі электронаў з v-зоны ў c-зону, то электраправоднасць крышталя расце пры награванні; такі крышталь — паўправаднік. Пры слаба перакрытых с- і v-зонах крышталь з’яўляецца паўметалам (напр., вісмут), а пры змыканні гэтых зон (Eg=0) — бясшчылінным паўправадніком (напр., шэрае волава). З.т. — набліжэнне да рашэння фундаментальнай задачы: вывесці ўласцівасці крышталя з уласцівасцей атамаў, з якіх ён складаецца.

Літ.:

Харрисон У.А. Электронная структура и свойства твердых тел: Физика химической связи: Пер. с англ. Т. 1—2. М., 1983;

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

М.​А.​Паклонскі.

т. 7, с. 107

КАСМАЛО́ГІЯ (ад космас + ...логія),

вучэнне пра Сусвет як адзінае цэлае і пра ўсю ахопленую назіраннямі вобласць свету як яго частку. Вывучае пытанні размеркавання і руху матэрыі ў прасторы, развіцця фіз. карціны Сусвету, геам. ўласцівасці прасторы-часу; яе развіццё звязана са стварэннем агульнай тэорыі адноснасці (1915; гл. Адноснасці тэорыя). Развівалася як раздзел астраноміі, сучасная К. выкарыстоўвае законы фізікі, астрафізікі, а таксама агульныя палажэнні філасофіі.

Грунтуецца на аднародных і ізатропных мадэлях, прапанаваных А.Фрыдманам (1922, 1924), у якіх выкарыстоўваецца дапушчэнне: у Сусвеце няма якіх-н. вылучаных пунктаў і напрамкаў. Асноўны вывад тэорыі Фрыдмана: Сусвет не застаецца нязменным у часе, ён расшыраецца або сціскаецца. Чырвонае зрушэнне ў спектрах далёкіх галактык сведчыць пра расшырэнне Сусвету (амер. астраном Э.​Хабл, 1929). З улікам назіральных даных працягласць касмалагічнага расшырэння 10—20 млрд. гадоў. Адкрыццё рэліктавага цеплавога выпрамянення з абс. т-рай 2,7 К (1965) пацвярджае «гарачую» мадэль Сусвету, паводле якой у пачатку касмалагічнага расшырэння шчыльнасць энергіі (масы) і т-ра мелі экстрэмальна вял. значэнні. Геам. ўласцівасці прасторы залежаць ад сярэдняй шчыльнасці масы р: у залежнасці ад таго ρ > ρ_k ці ρ < ρ_k дзе ρ_k~ 10​⁻²⁸ кг/м³ — крытычная шчыльнасць, трохмерная прастора мае дадатную ці адмоўную крывізну, а яе аб’ём канечны («закрытая» мадэль) ці бесканечны («адкрытая» мадэль); пры ρ=ρ_k — плоская мадэль. Характар эвалюцыі залежыць ад тыпу мадэлі. Паводле існуючых ацэнак ρ~ρ_χ. К. вывучае фіз. працэсы на розных этапах касмалагічнага расшырэння. Тэарэтычна растлумачана ўтварэнне хім. элементаў, а таксама ўзнікненне буйнамаштабнай структуры (галактык) у Сусвеце. На аснове выкарыстання адзіных мадэлей у фізіцы элементарных часціц для апісання працэсаў у першыя імгненні касмалагічнага расшырэння прапанаваны інфляцыйны касмалагічны сцэнарый, які дае магчымасць растлумачыць шэраг праблем (аднароднасць, ізатрапію Сусвету і інш.). Адна з важнейшых праблем — праблема касмалагічнай сінгулярнасці — чакае свайго вырашэння. Нягледзячы на паспяховае развіццё тэорыі «ранняга» Сусвету, стварэнне канчатковага касмалагічнага сцэнарыя — справа будучага.

Літ.:

Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М., 1975;

Вайнберг С. Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной: Пер. с англ. М., 1981;

Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. М., 1990;

Minkevich A.V. Problem of cosmological singularity and gauge theories of gravitation // Acta Physica. Polonica B. 1998. Vol. 29, № 4.

А.​В.​Мінкевіч.

т. 8, с. 144

ПАЎПРАВАДНІКІ́,

рэчывы, у якіх канцэнтрацыя рухомых носьбітаў зараду значна меншая за канцэнтрацыю атамаў матрыцы. Адрозніваюцца паводле ўпарадкаванасці размяшчэння атамаў, хім. саставу, уласцівасцей. Атамы П. лёгка іанізуюцца, у выніку чаго ўзнікаюць дэлакалізаваныя электрон і дзірка (электронная вакансія ў хім. сувязі атамаў матрыцы). У ідэальных П. канцэнтрацыі электронаў і дзірак роўныя. У рэальных П., якія маюць атамы дамешкаў і дэфекты структуры, гэта роўнасць можа парушацца і тады электраправоднасць П. у асноўным забяспечваецца адным тыпам носьбітаў зараду (электронамі ці дзіркамі).

П., у якім канцэнтрацыя электронаў праводнасці намнога большая за канцэнтрацыю дзірак, наз. П. n-тыпу, у якім больш дзірак — р-тыпу. Паводзіны носьбітаў зараду ў крышт. П. апісваюцца зоннай тэорыяй. Запоўненыя электронныя станы (узроўні энергіі) валентнай зоны аддзелены ад вакантных станаў зоны праводнасці забароненай зонай (энергетычнай шчылінай). Дамешкавыя атамы і дэфекты крышт. структуры прыводзяць да з’яўлення энергетычных станаў у забароненай зоне (радзей у зоне дазволеных энергій), але паняцце забароненай зоны захоўвае сэнс. Дамешкавыя атамы ў П. могуць набываць зарад (донары — дадатны, акцэптары — адмоўны), які кампенсуецца з’яўленнем электрона ў зоне праводнасці ці дзіркі ў валентнай зоне. Эл. актыўнасць дамешкавага атама абумоўлена тым, што ён мае інш. валентнасць, чым замешчаны ім атам крышт. матрыцы (рашоткі). Калі дамешкавы атам замяшчае ў крышт. рашотцы атам з той жа групы перыяд. сістэмы элементаў (ізавалентнае замяшчэнне), то, часцей за ўсё, ён электрычна неактыўны і не ўтварае лакалізаваны стан. Ізавалентныя дамешкі могуць уваходзіць у крышт. рашотку ў вял. канцэнтрацыях і ўтвараць цвёрдыя растворы. У іх размяшчэнне вузлоў рашоткі мае далёкі парадак, але атамы замяшчэння размяшчаюцца ў гэтых вузлах хаатычна. Бясшчылінныя П. маюць нулявую шырыню забароненай энергет. зоны. Ад тыповых П. (германій, крэмній) іх адрознівае адсутнасць парогавай энергіі, неабходнай для паяўлення электрон-дзірачнай пары, ад металаў — значна меншая канцэнтрацыя электронаў праводнасці.

На Беларусі даследаванні па фізіцы П. вядуцца з пач. 1960-х г. у Ін-це фізікі цвёрдага цела і паўправаднікоў, Ін-це фізікі, Ін-це электронікі Нац. АН, БДУ і інш.

Літ.:

Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. 2 изд. М., 1990;

Вавилов В.С. Алмаз в твердотельной электронике // Успехи физ. наук. 1997. Т. 167, №1;

Yu P.Y., Cardona M. Fundamentals of semiconductors. 2 ed. Berlin, 1999;

Seeger K. Semiconductor Physics. 7 ed. Berlin, 1999.

М.​А.​Паклонскі.

т. 12, с. 230

ПЛА́ЗМА (ад грэч. plasma літар. вылепленае, аформленае) у фізіцы, іанізаваны газ, у якім шчыльнасці дадатных і адмоўных зарадаў прыкладна аднолькавыя. Мае шэраг асаблівасцей, якія дазваляюць лічыць яе асобным (нараўне з цвёрдым, вадкім і газападобным) агрэгатным станам рэчыва. У стане П. знаходзяцца Сонца, гарачыя зоркі, міжзорнае асяроддзе, зоркавыя атмасферы, галактычныя туманнасці і інш. Уласцівасці П. вывучае фізіка плазмы.

У залежнасці ад ступені іанізацыі (адносін канцэнтрацыі зараджаных часціц да поўнай іх канцэнтрацыі) адрозніваюць слаба, сярэдне і поўнасцю іанізаваную П. З-за наяўнасці паміж зараджанымі часціцамі далёкадзейных (кулонаўскіх) сіл нават разрэджаная плазма з’яўляецца складана арганізаваным асяроддзем з мноствам элементарных і калект. працэсаў у ім. Штучна П. атрымліваюць з дапамогай эл. поля ў газавых разрадах, нагрэву газу, уздзеяння іанізавальных выпрамяненняў, ударных хваль і інш. Уласцівасці П. ў знешніх палях апісваюцца кінетычным ураўненнем Больцмана (гл. Кінетычная тэорыя газаў) і сістэмай Максвела ўраўненняў, у якія ўваходзяць самаўзгодненыя (пэўным спосабам усярэдненыя) эл. і магн. палі. Калі ўласна плазменныя эфекты неістотныя, карыстаюцца больш грубымі набліжэннямі магнітнай гідрадынамікі. Многія ўласцівасці, характэрныя для П., маюць таксама сукупнасці носьбітаў зараду ў паўправадніках і металах; іх асаблівасць — магчымасць існавання пры нізкіх (для газавай П.) т-рах — пакаёвай і ніжэй Выкарыстанне высокатэмпературнай П. (т-ра да 10​⁸ К) звязана з праблемай ажыццяўлення кіравальных тэрмаядзерных рэакцый. Найб. пашырана выкарыстанне ў тэхніцы нізкатэмпературнай (халоднай) П. (т-ра прыкладна ад 10​³ да 10​⁵ К) у газаразрадных прыладах, газавых лазерах, магнітагідрадынамічных і тэрмаэмісійных генератарах, плазматронах, плазменных паскаральніках і інш. (гл. Плазменная тэхналогія, Плазмахімія).

На Беларусі даследаванні па фізіцы і тэхніцы П. вядуцца ў Фіз.-тэхн. ін-це з канца 1940-х г. (вывучэнне працэсаў, што працякаюць у вобласці кантакту электраразраднай П. з металамі), Ін-це фізікі з 1955 (П. эл. дугавых і іскравых разрадаў як крыніцы святла, а з 1960 — сістэматычныя даследаванні нізкатэмпературнай П.), Ін-це цепла- і масаабмену, Ін-це малекулярнай і атамнай фізікі, Фіз.-тэхн. ін-це Нац. АН, БДУ.

Літ.:

Арцимович Л.А. Элементарная физика плазмы. 3 изд. М., 1969;

Трубников Б.А. Введение в теорию плазмы. Ч. 1—3. М., 1969—78;

Основы физики плазмы. Т. 1—2. М., 1983—84;

Чен Ф.Ф. Введение в физику плазмы: Пер. с англ. М., 1987.

Л.​Я.​Мінько, Г.​С.​Раманаў.

т. 12, с. 400

НІ́ЗКІЯ ТЭМПЕРАТУ́РЫ.

крыягенныя тэмпературы, тэмпературы ніжэй за 120 К. Т-ры. меншыя за 0,3 К, адносяць да звышнізкіх. Пры Н.т., асабліва блізкіх да абсалютнага нуля, цеплавы рух атамаў рэчыва памяншаецца і пачынаюць праяўляцца яго квантавыя ўласцівасці (напр., звышправоднасць, звышцякучасць). Пры Н.т. стан цвёрдага рэчыва разглядаецца як упарадкаваны, што дазваляе апісваць яго ўласцівасці з дапамогай квазічасціц. Кандэнсаваны (вадкі або цвёрды) стан рэчыва пры Н.т. вывучае фізіка нізкіх тэмператур. Эфекты, што праяўляюцца пры Н.т., выкарыстоўваюць у касм. матэрыялазнаўстве, крыябіялогіі, крыяэлектроніцы і інш.

Атрыманне Н.т. заснавана на звадкаванні газаў у спец. устаноўках — звадкавальніках, дзе моцна сціснуты газ пры расшырэнні да звычайнага ціску ахаладжаецца і кандэнсуецца (паводле Джоўля—Тамсана эфекту). Як холадаагенты выкарыстоўваюць паветра, азот, неон, вадарод, гелій (т-ра кіпення Т_н = 4,2 К). Для падтрымання Н.т. Т_н холадаагента павінна быць пастаяннай пад атм. ціскам, для чаго выкарыстоўваюць спец. тэрмастаты. Адпампоўваннем газу, што выпараецца, з герметызаванай пасудзіны памяншаюць ціск над вадкасцю і гэтым зніжаюць т-ру яе кіпення. Так дасягаюцца Н.т.: ад 77 да 63 К пры дапамозе вадкага азоту, ад 27 да 24 К — вадкага неону, ад 20 да 14 К — вадкага вадароду, ад 4,2 да 1 К — вадкага гелію. Пры больш нізкіх т-рах вадкія газы цвярдзеюць і страчваюць ахаладжальныя якасці (за выключэннем ізатопа гелію ​⁴Не, які застаецца вадкім амаль да абс. нуля). Метадам адыябатычнага размарожвання парамагнітных солей дасягаюць т-ры 10​⁻³ К, гэтым жа метадам з выкарыстаннем ядзернага парамагнітнага рэзанансу ў сістэме атамных ядраў дасягнута т-ра 10​⁻⁶ К. Т-ры парадку 10​⁻³ К атрымліваюць таксама больш зручным метадам — растварэннем вадкага ​³Не у вадкім ​⁴Не. Вымярэнне Н.т. да 1 К ажыццяўляюць газавым тэрмометрам. У дыяпазоне 0,3—5,2 К нізкатэмпературная тэрмаметрыя засн. на залежнасці ціску насычаных пароў гелію ад т-ры. У практычнай тэрмаметрыі выкарыстоўваюць пераважна тэрмометры супраціўлення.

На Беларусі даследаванні з выкарыстаннем Н.т. вядуцца з 1964 у Ін-це фізікі цвёрдага цела і паўправаднікоў, з 1980-х г. — у Цэнтры крыягенных даследаванняў пры гэтым ін-це (В.​І.​Гасцішчаў, С.​Я.​Дзям’янаў і інш.), а таксама ў інш. ін-тах Нац. АН, БДУ.

Літ.:

Лоунасмаа О.В. Принципы и методы получения температур ниже 1 К: Пер. с англ. М., 1977;

Капица П.Л. Физика и техника низких температур: Науч. тр. М., 1989;

Вепшек Я. Измерение низких температур электрическими методами: Пер. с чеш. М. 1980.

С.​Я.​Дзям’янаў.

т. 11, с. 331

ЛА́ЗЕРНАЯ ФІ́ЗІКА,

раздзел фізікі, у якім вывучаюцца працэсы генерацыі, узмацнення і распаўсюджвання лазернага выпрамянення, яго ўзаемадзеяння з рознымі асяроддзямі і аб’ектамі; фіз. асновы стварэння і выкарыстання лазераў частка квантавай электронікі.

Узнікла ў 1960-я г. на мяжы оптыкі, радыёфізікі, электронікі і матэрыялазнаўства. Атрымала хуткае развіццё з прычыны асаблівых якасцей лазернага промня: яго надзвычай высокіх кагерэнтнасці, монахраматычнасці, накіравальнасці распаўсюджвання, прасторавай і часавай шчыльнасці энергіі, вельмі малой працягласці асобных імпульсаў. Гэтыя якасці, іх спалучэнні і камбінацыі абумовілі развіццё лазернай тэхнікі — лазерных сродкаў даследавання розных асяроддзяў і аб’ектаў, выканання разнастайных лазерных тэхналогій, у т. л. тонкіх, стварэння аптычнай сувязі, апрацоўкі, запісу і счытвання інфармацыі (гл. Аптычны запіс). Выкарыстанне лазернага выпрамянення выклікала змены шэрагу паняццяў і ўяўленняў оптыкі і інш. галін ведаў. У выніку выкарыстання лазераў выяўлены і даследаваны такія нелінейна-аптычныя з’явы, як генерацыя гармонік, складанне і адыманне частот, вымушанае камбінацыйнае рассеянне, самафакусіроўка і тунэляванне лазернага пучка, чатырохфатоннае змешванне, двухфатоннае паглынанне, амплітудна-фазавая канверсія мадуляцыі, утварэнне салітонаў і інш. Нелінейна-аптычныя з’явы знайшлі шырокае выкарыстанне для кіравання характарыстыкамі лазернага выпрамянення (пры яго генерацыі і распаўсюджванні), вывучэння структуры рэчыва (гл. Лазерная спектраскапія) і дынамікі розных працэсаў у асяроддзях. У імпульсах лазернага выпрамянення фемтасекунднай (10 с) працягласці дасягнуты шчыльнасці магутнасці парадку 10​²¹ Вт/см². Сілы ўздзеяння такіх імпульсаў на электроны і ядры атамаў істотна перавышаюць сілы іх узаемадзеяння ў ядрах, што дае магчымасць кіроўнага ўздзеяння на структуру атамаў і малекул. Лазерныя крыніцы выпрамянення выкарыстоўваюцца ў звычайных аптычных прыладах, што значна паляпшае іх характарыстыкі і пашырае магчымасці, і для стварэння прынцыпова новых прылад і метадаў даследавання, новых тэхн. сродкаў (аптычныя дыскі. лазерныя прынтэры, аудыё- і відэапрайгравальнікі, лініі валаконна-аптычнай сувязі, галаграфічныя і кантрольна-вымяральныя прылады). Дасягненні Л.ф. шырока выкарыстоўваюцца ў розных галінах навукі, прамысл. тэхналогіях, у ваен. тэхніцы, касманаўтыцы, медыцыне.

На Беларусі даследаванні па Л.ф. пачаліся ў 1961 у Ін-це фізікі АН пад кіраўніцтвам Б.І.Сцяпанава. Праводзяцца ў ін-тах фіз. і фізіка-тэхн. профілю Нац. АН Беларусі, установах адукацыі і прамысл. арг-цыях. Прадказана і атрымана генерацыя на растворах складаных малекул, створана серыя лазераў з плаўнай перастройкай частаты ў шырокім дыяпазоне; прапанаваны метады разліку і кіравання энергет., часавымі, частотнымі, палярызацыйнымі і вуглавымі характарыстыкамі лазераў і лазернага выпрамянення; створаны новыя тыпы лазерных крыніц святла агульнага і спец. прызначэння. Распрацаваны фіз. асновы дынамічнай галаграфіі, вывучаны заканамернасці ўзнікнення і працякання многіх нелінейна аптычных з’яў і распаўсюджвання святла ў нелінейна-аптычных асяроддзях.

Літ.:

Апанасевич П.А. Основы теории взаимодействия света с веществом. Мн., 1977;

Коротеев Н.И., Шумай И.Л. Физика мощного лазерного излучения. М., 1991;

Ярив А. Введение в оптическую электронику: Пер. с англ. М., 1983;

Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. М., 1988.

П.​А.​Апанасевіч.

т. 9, с. 101

КВА́НТАВАЯ МЕХА́НІКА, хвалевая механіка,

тэорыя, якая ўстанаўлівае спосаб апісання і законы руху мікрачасціц (электронаў у атаме, атамаў у малекуле, нуклонаў у ядрах і інш.). Дае магчымасць апісаць структуру атамаў і зразумець іх спектры, устанавіць прыроду хім. сувязі, растлумачыць перыяд. сістэму элементаў і г.д. З’яўляецца тэарэт. асновай атамнай і ядз. фізікі, фізікі цвёрдага цела.

Мікрааб’ектам уласціва своеасаблівая дваістасць: у залежнасці ад умоў яны могуць паводзіць сябе як часціцы ці як хвалі (гл. Карпускулярна-хвалевы дуалізм). Таму тэарэт. апісанне мікраскапічных з’яў патрабуе аб’яднання ўзаемна несумяшчальных фіз. характарыстык, чаго нельга ажыццявіць у межах класічнай фізікі ўнутрана несупярэчлівым спосабам (гл. Дапаўняльнасці прынцып). Пры гэтым немагчыма адначасовае выкарыстанне некаторых фіз. велічынь, напр., каардынат і імпульсу часціцы. Для мікрачасціцы не мае сэнсу, напр., такое паняцце, як рух уздоўж траекторыі; усе тэарэт. сцвярджэнні адносна выніку пэўных узаемадзеянняў маюць імавернасны характар.

К.м. ўзнікла як развіццё ўяўленняў М.Планка (1900) адносна квантавання дзеяння, А.Эйнштэйна (1905, 1916) пра карпускулярныя ўласцівасці святла (гл. Планка закон выпрамянення), напаўкласічнай мадэлі атама Н.Бора (1913, гл. Бора тэорыя), ідэі Л. дэ Бройля адносна хвалевых уласцівасцей мікрачасціц (гл. Хвалі дэ Бройля). Фундаментальнае развіццё К.м. атрымала ў працах В.Гайзенберга (1925), Э.Шродынгера і П.Дзірака (1926). Паводле К.м. ўсю інфармацыю пра фіз. стан мікрасістэмы змяшчае хвалевая функцыя. Яна вызначае размеркаванне імавернасці для розных фіз. велічынь, якія характарызуюць сістэму (становішча ў прасторы, імпульс, энергія і г.д.; М.Борн, 1926). Кожнай класічнай фіз. велічыні ў К.м. адпавядае пэўны аператар, уласныя значэнні якога супадаюць з назіральнымі значэннямі фіз. велічыні (гл. Аператары). Магчымыя станы сістэмы апісваюцца адпаведнымі ўласнымі функцыямі. У залежнасці ад таго, дыскрэтную ці неперарыўную паслядоўнасць утвараюць уласныя значэнні аператара, адпаведная фіз. велічыня з’яўляецца квантаванай ці неквантаванай (гл. Квантаванне). Калі аператары 2 фіз. велічынь (L і M) не камутуюць, г. зн. што вынік дзеяння аператараў L і M на хвалевую функцыю Ψ залежыць ад парадку іх дзеяння $\text{(}\hat{L}\hat{M}\mathrm{\Psi }\ne \hat{M}\hat{L}\mathrm{\Psi }\text{)}$ , то рэалізацыя такіх станаў мікрасістэмы, у якіх адпаведныя фіз. велічыні адначасова мелі б пэўнае значэнне, немагчыма; найперш гэта датычыць аператараў каардынат і імпульсу (гл. Неазначальнасцей суадносіны). Камутатыўнасць аператараў пэўных фіз. велічынь з аператарам энергіі азначае, што гэтыя фіз. велічыні з цягам часу не мяняюцца, г. зн. з’яўляюцца інтэграламі руху. Асн. інтэграл руху ў К.м. — энергія. Для дакладнага вызначэння стану мікрасістэмы неабходна ведаць энергію і інш. ўзаемна камутатыўныя інтэгралы руху, якімі, напр., для часціцы ў полі цэнтральных сіл з’яўляюцца квадрат моманту імпульсу і адна з яго праекцый. Калі інтэгралы руху маюць дыскрэтны спектр, стан сістэмы вызначаецца з дапамогай квантавых лікаў.

Прадказанні К.м. пераходзяць у адпаведныя вынікі класічнай механікі, калі для фіз. сістэмы велічыні размернасці дзеяння становяцца значна большымі, чым пастаянная Планка h (гл. Адпаведнасці прынцып). Абагульненне асн. ідэй К.м. на выпадак, калі энергія руху часціц параўнальная з энергіяй спакою (гл. Адноснасці тэорыя), дало магчымасць прадказаць існаванне антычасціц, стварыць тэорыю ўласнага моманту колькасці руху (гл. Спін) і інш. К.м. з’яўляецца мех. тэорыяй, таму не можа паслядоўна разглядаць працэсы паглынання святла і эл.-магн. выпрамянення. Яна дае набліжаныя метады разліку, дастатковыя для патрэб атамнай і часткова ядз. фізікі. Паслядоўную тэорыю ўзаемадзеяння фатонаў з электрычна зараджанымі часціцамі дае квантавая электрадынаміка. Ураўненні К.м. даюць магчымасць дакладна вылічыць магчымыя ўзроўні энергіі (гл. Шродынгера ўраўненне) мікрасістэмы, а таксама імавернасць пераходаў паміж імі. Гл. таксама Квантавая тэорыя поля, Абменнае ўзаемадзеянне.

На Беларусі работы па К.м. пачаты ў 1930-я г. ў БДУ (Ф.​І.​Фёдараў), у пасляваен. гады вядуцца пераважна ў БДУ і Ін-це фізікі Нац. АН Беларусі.

Літ.:

Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике: Пер. с англ. Вып. 8—9. М., 1966—67;

Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 3. Квантовая механика;

Нерелятивистская теория. 4 изд. М., 1989;

Борисоглебский Л.А. Квантовая механика. 2 изд. Мн., 1988.

Л.​М.​Тамільчык.

т. 8, с. 208