Нулевые колебания в твёрдом теле. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Нулевые колебания в твёрдом теле - квантовомеханич. движение частиц твёрдого тела при Т = 0 К. При классич. описании динамики твёрдого тела в основном состоянии (Т = 0 К) все частицы (атомы, ионы), из к-рых оно состоит, покоятся в точках, соответствующих устойчивому равновесию. В кристалле это точно локализованные атомы на узлах кристаллич. решётки (в минимумах потенциальной энергии). При квантовомеханич. описании финитному движению частицы в потенц. яме отвечают дискретные уровни энергии. Напр., при движении частицы в одномерной потенц. яме U(x)это

... (рис.), причем основное состояние определяется энергией

расположенной выше 0. Частота Н. к. равна

амплитуда определяется областью локализации - расстоянием х= АВ.

В большинстве случаев движение атомов в кристалле можно рассматривать как совокупность независимых гармонич. колебании (мод) с разными частотами

В квантовой теории каждой моде соответствует осциллятор ,уровни энергии к-рого

Здесь индекс i нумерует разл. моды, n_i - целые числа - номера возбуждённых состояний осцилляторов. При этом энергия Н. к. для каждой моды соответствует значениям n_i = 0, а суммарная энергия Н. к. системы

Влияние Н. к. на свойства системы при низких темп-pax особенно существенно, когда амплитуда Н. к. велика. Так, для Не амплитуда Н. к. сравнима с расстоянием между частицами, что определяет отсутствие кристаллизации (при нормальном давлении) даже при Т = 0 К (см. Гелий жидкий, Квантовая жидкость)и особенности крпсталлич. фазы при высоких давлениях (см. Гелий твёрдый, Квантовый кристалл). Для атомов поляризованного по спинам атомарного водорода большая амплитуда Н. к. приводит, по-видимому, к возможности существования газовой фазы при Т = 0 К (см. Квантовый газ).
Н. к. влияют на значение параметра порядка системы в основном состоянии и иногда полностью определяют структуру дальнего порядка в низкотемпературных фазах (см. Дальний и ближний порядок ).Для низкоразмерных систем, особенно для одномерных, Н. к. могут вообще разрушить дальний порядок при низких темп-pax (см. Квазиодномерные соединения). При конечных темп-pax роль Н. к. определяется из сравнения амплитуды Н. к. с амплитудой тепловых колебаний в системе.

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.