На пульсаре - Кадомцев Б.Б.
ISBN 5-85504-013-5
Скачать (прямая ссылка):
ничего особенного не происходит. Но если мы станем перемещать его поперек
поля, то конфигурация атома будет изменяться. Дело в том, что для
движущегося со скоростью v± поперек магнитного поля атома движение в его
системе координат эквивалентно появлению поперечного электрического поля,
равного v^_B/c. Это поле деформирует электронные оболочки - электронное
"веретенце" несколько смещается от ядра поперек поля. При этом
увеличивается энергия связи атома. Такая добавка к энергии
пропорциональна квадрату скорости, т. е. ее можно рассматривать как
увеличение поперечной массы атома. Появляется как бы "присоединенная
масса". Соответственно и у макроскопического тела масса поперек
магнитного поля должна быть больше продольной: такое тело вдоль поля
ускорить легче, чем поперек. Следовательно, и в более сложном магнитном
поле с искривленными силовыми линиями тело "предпочло" бы скользить вдоль
силовых линий, а не двигаться поперек них.
Кроме механических, должны претерпеть существенное изменение и другие
физические свойства вещества в сверхсильном поле. Например, мы привыкли к
тому, что при повышении температуры твердое тело сначала плавится, затем
жидкость испаряется, а при дальнейшем повышении температуры газа (пара)
происходит диссоциация молекул, возбуждение и ионизация атомов, т. е.
образование плазмы.
В сверхсильном магнитном поле все это может носить иной характер. Так,
для вещества с достаточно тяжелыми атомами энергия связи атомов в
молекуле значительно больше (примерно в z раз) энергии ионизации и уж
подавно больше энергии возбуждения низких электронных уровней. Поэтому
при нагревании тела сначала может происходить возбуждение электронных
уровней и "разбухание" атомов и молекул, а затем уж будут разрушаться
межатомные связи в молекулах. Соответственно, и условия существования
молекул и атомов могут быть совсем другими.
Если говорить о пульсарах, то на их поверхности, где вещество не сдавлено
огромными силами тяготения и могли бы существовать свободные атомы и
молекулы, температура оценивается в 1 млн градусов, т. е. около 100 эв.
Это огромная температура для привычных нам условий. Однако при поле более
1013 гаусс даже при такой температуре могут существовать молекулы,
образованные атомами с не очень малыми номерами z. Не исключены и более
сложные объекты типа полимеров.
8. Вещество в сверхсильном магнитном поле
79
Таким образом, сверхсильное магнитное поле должно сильно влиять на
строение атомов и молекул. Соответственно, это должно сказаться и в
свойствах "поверхности" пульсара, точнее самой внешней его корочки.
Прежде всего из-за существенного увеличения энергии связи атомов и
молекул, а также сил сцепления в твердом теле поверхностный слой не
обязательно должен представлять собой горячую плазму, как это имеет место
в обычных звездах. Это может быть "горячий нейтральный газ" или даже
твердая кора. Итак, в сверхсильном магнитном поле происходят поразительно
необычные изменения физических свойств вещества, - закончил свою лекцию
академик.
- А теперь я предлагаю Саше познакомиться дома еще с двумя задачами и
рассказать их содержание Мише.
Леонид Андреевич попрощался с ребятами, пригласив их прийти через неделю.
Задача №5
Учитывая волновые свойства электрона, оценить размер атома водорода,
диаметр "палочки" электронного облака в магнитном поле и величину
напряженности магнитного поля В\, начиная с которой магнитное поле можно
считать сверхсильным.
Волновые свойства частицы проявляются в том, что ее импульс р оказывается
связанным с волной де Бройля с длиной волны Л = h/p. Здесь h - это так
называемая постоянная Планка. Если попытаться локализовать частицу в
пределах интервала Аж, то возможная длина волны будет не больше Аж, и
поэтому у частицы появляется разброс по импульсам А р. В результате имеет
место знаменитое соотношение неопределенности
АрАх > Н,
где Н = h/2-jr.
С помощью этого соотношения и удается оценить все интересующие нас
величины.
В атоме водорода электрон находится в электрическом поле протона с
потенциалом U = - е2/г, где г - расстояние до протона. Если характерный
размер атома равен а0 г то потенциальная энергия приближенно равна U = -
e2ja§. А кинетическую энергию К = р2/2т можно оценить с помощью
соотношения неопределенности:
К = Н2/2то<2д.
80 8. Вещество в сверхсильном магнитном поле
Известно, что в кулоновском поле кинетическая энергия составляет половину
потенциальной энергии с противоположным знаком, так что е2/ао = Н2тад.
Отсюда находим радиус атома водорода:
ао = h2/me2 = 0, 53 * 10_8см.
Определим теперь поперечный размер электронного облака в магнитном поле
В. Для этого вспомним, что ларморовский радиус р_l равен
р_i = mvj_c/eB = рс/еВ.
Величину импульса можно оценить с помощью соотношения неопределенности:
Р " h/pj_.
Из этих двух соотношений находим:
р^ = Нс/еВ.
Чем сильнее магнитное поле, тем меньше радиус р± электронного облачка.
Когда он становится меньше размера атома водорода, магнитное поле можно
