Я.И. Френкель - Кинетическая теория жидкостей (1108150), страница 124
Текст из файла (страница 124)
В своем предисловии он высказывает также теплые слова признательности мне н д-ру Заку за наш труд по просмотру корректур, который мы взяли на себя, поскольку в то вре»ше почта между нашимп странами работала медленно и нерегулярно. Я хорошо помшо то увлечение и внимание, с которыми д-р Зак относился к атому делу. Я хотел бы в заключение поделнтьсн несколькими личными воспоминаниями. В 1934 г. я получил приглашение принять участие в праздновании 100-летнего юбилея со днн рождения Менделеева, н в октябре этого года моя жена н я совершили замечательно интересное путешествие на советском пароходе нв Лондона„через Кильский канал, в Ленинград. Мы ехали вместе с Сиднеем Веббом, англиискнм писателем-социалистом, в то времн поглощенным своей большой работой «Советский Союз: нован цивилизация».
Я думаю, мы беседовали, спорили и размытпляли во время этого путешествия болыне, чем в любые другие пять дней моей жизни... Но вот в Ленинграде мы увидели, что физика остается физикой в равной мере в вовой и старой цивилизациях. Я отправился в Институт профессора Иоффе и, как мяе помнится, выступил там с докладом. 11рофессор Френкель пригласил меня к себе домой к ленчу, который, по его слонам, должен был быть очень скоро, в 4 часа. У нас в Англии время ленча — час дня, так что я был довольно голоден и с готовностью принял приглашение. Но когда мы пришли на квартиру профессора Френкеля, он поговорил со своими домаптннми, а затем повернулся ко мне с лучезарной улыбкой н скааал (он говорил на превосходном английском яэьнсе): «Я оптнбся, ленч будет в 6.30, но это замечательно„потому что у нас теперь есть целых два часа, которые можно посвятить обсуждению моих последних работ по теории жидтсостей».
И в самом деле, это было великолепно, н, надетось, я научился у профессора Френкеля тому, что физика, а не еда заслуживает предпочтения. Я думал об этом в 1943 г,, когда Френкель писал в Казани свою книгу. е Имевшая в виду военный 1945 г. гсхгптон Ф)сеня»ля — кгягпчзггхця йг. гг. йсаган оп, гс; ЗГ, с»нСйнгис» ЗКСИТОН ФРЕНКЕЛЯ вЂ” КВАЗИЧАСТИЦА Бурное развитие физики в ХХ веке привело к ее дифференциации. Теоретическая физика разбилась на отдельные дисциплины, среди которцх выделилась и оформилась теория твердого тела, или, »пире, теория Конденсированного состояния вещества. Выделение совокупности научных Работ в более нли менее определенно очерченную научную дисциплину ;синзано не столько с накоплением новых фактов, с механическим увели,:сюиием числа результатов, сколько с формулировкой специфического , 'длн данной области мировоззрения, с выделением определенной части ,: представлений об окружагощем мире из всей совокупности напгнх представлений и с констатацией того факта, что этих выделенных представлений достаточно для того, чтобы служить базисом новой науки.
В соадании базиса теории твердого тела фундаментальную роль сыграли работы Якова Ильича Френкеля И вЂ” 41, которому принадлежит, 'в частности, открытие зкситона (квааичастицы, говоря современным язы,иом) — понятия, беа которого нельзя себе представить квантовую теорию твердых тел. 11осле создания квантовой механики и апробации ее на простейшпх микроструктурах (атомах н молекулах) стало ясно, что понять свойства твердых тел — значит построить квантовую теорию движения атомных 'и субатомных частиц, из которых состоят твердые тела, в различных условиях.
Сложность, полностью не преодоленная до сих пор, заключалась неумении исследовать свойства макроскопических ансамблей сильно взаимодействующих частиц. По существу квантовая статистика (как, впрочем, н классическая) хорошо приспособлена к исследованию свойств газов. А ведь твердое тело так далеко по своим свойствам от газа! Вспоминая историю квантовой теории твердого тела, видишь, что успехи в понимании свойств твердых тел возникали главшям образом тогда, когда удавалось произвести своеобразную подмену обнаружить у твердого тела «газовые» свойства.
Два пояснягощих примера. Зонная теория электронного знергетического спектра строится на базе теории Блоха, проаналиаировавшей движение одного (изолированного) злектрона в периодическом поле ионов кристаллической решетсси и остальных электронов 151. Если абстрагироваться от словесного сопровождения (более или менее обоснованного в самые последние годы), то вся зта теория, поаволившая повять природу различия изоляторов н проводников, конечно, «газовая» теория, согласно которой нелзаимодействующие электроны заполняют квазинепрерывные уровни в знергеткческнх зонах Интересно и до сих пор поучительно проследить, как и почему Я.
И. Френкеля не удовлетворнет зонный подход к анергетической структуре диэлектриков.з Основноевозражение Я. И. сводилось к неприятию того, что, «согласно теории Вильсона, основанной на методе Блоха, поглощение света дизлектрическим кристаллом неизбежно должно превращать его в проводник, причем реаультатом каждого алементарного акта является переход электрона из нижней заполненнойзнергетнческой зоны (соответствуюсцей нормальному состоянию отдельного атома) в некоторое состояние верхней зоны, которое до тех пор оставалось совершенно пустым...» 141. Теперь, апостериори, ясно, что существование незарнженных возбуждений могло бы быть предсказано в рамках аонпой теории и отнюдь ей не противоречит.
Более того, удаетсн сформулировать условия возникновения заряженных возбуждений (злектрона+»дырки»), создания из ннх простейшей незаряженной конструкции — зкситона Мотта (зкситона большого радиуса, напоминающего позитроний зз). Удается также сформулировать (оставаясь в рамках зонной теории) условие возникновения экситона Френкеля — зкситона малого радиуса, который естественно себе представлять, по Я. И.
Френкелю, как делокализозанную возбужденную молекулу... Вернемся к понсняющим примерам. Объяснение аагадочного (если оставаться на позициях классической физики) падения теплоемкости твердых тел с пони»пением температуры свяаано с представлением о твердом теле как о газе квантовых осцилляторов (Эйнштейн, Дебай), развившимся в концепцию фононов — квантов волн колебаний атомов кристаллической решетки (И.
Е. Тамм 161). Фононы — обязательный пример газа гсвазнчастиц. Твердое тело кристалла воспринимается как вместилище газа фоноков — кпантов волн смещений. Число фононов растет с ростом температуры. Фононы » См., пппрпмер, статью (»1. " Интересно отметать, что Я. И. з работах 30-х годоя часто пазыззет гдыРссу» поза»роком. Хотя зто паз»анне пе привилось, опо помогло перенес»я предста»я»лая рзяягпзпстглсой к»авто»ой механики з физику твердого тела. Следует учесть, что з тз годы фязпнп, язсомвзнпо, лучше и бояыпз впаяя о позптропз (отярытяз которого бысш шумной сенсацией), чем о малопонятной зоплой теории. Прилоя»ения Эк«итси Фреяяеля — каа»ичастиэа , сталкиваются друг с другом, обмениваясь я»шульсами и энергией, ошт .:: — дереяосят тепло и являются причиной диссипативных процессов в кристалле. Выстроенные в правильную решетку атомы служат в динамической ".теории твердого тела фоном, иа котором «сугцествуют» фоконы.
Кристалл ':при абсолютном нуле температуры представляет собой идеальный фояов:..иый вакуум: в яем вет фоновое. Кваятоваяяость, необходимая для введения понятия квазичастицы,— .:еяедствие соотяоптеянй де Бройля, прочитанных справа налево: каждому волновому процессу следует поставить в соответствие квантовую частицу : с энергией бю и импульсом йй (ы,й — частота и волновой вектор волны).
Цтак, схема введения фояопа: волна смегцеяий -» фонов. Волна смещений — понятие чисто классическое. В гармоническом 'приближении нормальные колебания (фоконы) ие взаимодействуют друг '''с другом; их взаимодействие — следствие аягармояичяости колебаний. Для всей концепциии квазичаствц существ»яка а л е и е в т а р.' я о с т ь движения, которое с пх помощью описывают. Квазичастицы 'в' л е м е я т а р я ы в том смысле, что энергия тела в хоро»кем приближе ,'йип есть сумма энергий квазичастиц («газовое» свойство, см.
выше). Фо ' .'ноны элемеятаряы из-за гармоничности колебаний. Это их свойство пред ' Ставлялось естественным уже в момент введения самого пояятяя о фоно,иах, поскольку четко ощущалась (и ощущается сейчас) аналогия с фоПопами — квантами алектромагпитяых волн. Даже вазваяие «фояои» (зпервые введенное Я. И. Френкелем (7)) есть слепок со слова «фотои». И все же родоначальником нвазичастиц следует, иам кажется, считать ие фоков, а анситоя Фреякеля.
Попробуем оправдать эту несколько :"еретическую мысль.а Экситоя Френкеля — волна воабуждепия молекул кристалла — ия тпмяо связан с энергетической структурой отдельной молекулы — основного строительного материала кристалла. Поглощение света„каза.лось бы, происходит «внутри» одной молекулы, по анализ показывает, . Что такое представление противоречит основным принципам квантовой Механики. Согласующееся с трансляционной симметрией кристалла алементарное (простейшее) двнжеяне, которое может возбудить поглощенный кристаллом фотон (эксвтояы были введены для объяснения аакояо- » Мы яя я коей мере яс хотим ути«якть заслуг дсбяя с И. Е. Таина, благодаря работам которых ваяю«смещении ятсисв «ирсяратяяяс»» в кияэкчасттяэл.
Н»юа ацлача состоит я тся, чтобы исдчсрквуть ра»лиске я геясяисе раэкых к»я»ячяствц. Прсдстияляетсл у»юстяыи здесь жс отметить, что Л. И. Фреякель изобрел и теривк <»к«стоя». Обя~яй сиыся охваты»аеас»с»тик тсриияси аскяткя был »искривит всеми. Это видно яс тону, что дс сях иср терыяк «»ксятов» ясвользуют очень широко т»та»витя» и»к«итси, свстосксвтся в т. д.). Ук»»кс»ь яаяоясц, что В. я. Фрсяяэль (Я) связывает я»адские всяятяя ксяаячастицы с работой Я. Й. Фреякеля (1). в которой были впервые» фя»якс ряэвяты предстяслеякя с вакансиях (пустых уэлах) в крястялличссксй рсшетке, ях движении и т. д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
