Вырождение
Вырождение в квантовой механике, заключается в том, что некоторая величина f, описывающая физическую систему (атом молекулу и т.п.) имеет одинаковое значение для различных состояний системы. Число таких различных состояний, которым отвечает одно и то же значение f, называется кратностью В. данной величины.
Чаще всего в квантовой механике имеют дело с В. уровней энергии системы, когда система имеет определенное значение энергии, но при этом может находиться в нескольких различных состояниях. Например, для свободной частицы существует бесконечно-кратное В. по энергии: энергия частицы определяется лишь численным значением импульса, направление же импульса может быть любым (т. е. может быть выбрано бесконечным числом способов). В данном примере явственно проявляется связь между В. и физической симметрией системы — здесь эта симметрия есть равноправие всех направлений в пространстве.
При движении частицы во внешнем поле В. существенно связано со структурой этого поля, с тем, какими свойствами симметрии оно обладает. Если поле сферически симметрично, т. е. если в поле сохраняется равноправие направлений, то направления орбитального момента количества движения, магнитного момента и спина частицы (например, электрона в атоме) не могут влиять на значение энергии (атома). Следовательно, и здесь существует В. по энергии. Однако, если поместить такую систему в магнитное поле H, то направление магнитного момента m начинает сказываться на значении энергии; совпадавшие прежде значения энергии различных состоянии (с разными направлениями m) оказываются теперь различными: вследствие взаимодействия магнитного момента частицы с этим полем частица получает дополнительную энергию mHH, значение которой зависит от взаимной ориентации магнитного момента и поля (mH — проекция m на направление поля Н, которая в квантовой механике может принимать лишь дискретный ряд значений). Происходит "расщепление" энергетических уровней, т. е. снятие В., полное или частичное (когда кратность В. лишь уменьшается) — это зависит от конкретных условий. Расщепление уровней (атомов, молекул, кристаллов) в магнитном поле называется Зеемана явлением. Расщепление уровней может происходить и во внешнем электрическом поле (Штарка явление).
Таким образом, снятие В. обусловлено "включением" подходящих взаимодействий. Так как наличие В. говорит о существовании в системе некоторых симметрий, то снятие В. происходит при таком изменении физических условий, в которых находится система, когда порядок этих симметрий понижается. В приведённом выше примере система первоначально обладала сферической симметрией (в ней не было выделенных направлений); включение внешнего постоянного магнитного поля выделило направление — направление поля, симметрия системы понизилась и стала осевой (аксиальной), т. е. симметрией относительно оси, направленной вдоль поля.
Если включение взаимодействия приводит к понижению симметрии и снятию В., то верно и обратное утверждение: при "выключении" взаимодействия будет происходить повышение симметрии системы и появление В. Это важно для классификации элементарных частиц. Например, если пренебречь электромагнитными (и слабыми) взаимодействиями ("выключить" их), то свойства нейтрона и протона оказываются одинаковыми и их можно рассматривать как два различных (зарядовых, т. е. отличающихся лишь электрическим зарядом) состояния одной частицы — нуклона. Следовательно, состояние нуклона в этом случае двукратно вырождено.
Лит. см. при статьях Квантовая механика, Атом.
В. И. Григорьев, В. Д. Кукин.
Следующие
Вырождения температура, температура, ниже которой отчётливо проявляются квантовые свойства идеального газа, обусловленные тождес… читать дальше
Вырожденный газ, газ, свойства которого существенно отличаются от свойств классического идеального газа вследствие квантовомехан… читать дальше
Выртсъярв, озеро в Эстонской ССР. Площадь 270 км2. Средняя глубина 2,8 м, наибольшая 6 м. Берега большей частью низменные. Озеро… читать дальше
