Verbum

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