Власов А.А.★ Теория многих частиц Изд. стереотип.

Оглавление

Предисловие

Основные проблемы излагаемой теории возникли при исследовании свойств многоэлектронных систем, важное место среди которых Занимает так называемая электронная плазма. Подобные системы обладают своеобразными свойствами, что потребовало разработки метода, учитывающего не только "близкие" взаимодействия (на расстояниях, меньших чем среднее расстояние между частицами), но и "дальние", действующие на расстояниях, превышающих указанную величину. Особый способ учёта этих взаимодействий оказался весьма точно отображающим основные свойства многоэлектронных систем. На основе предложенного метода удалось объяснить целый ряд наблюдаемых явлений. Главное преимущество этого метода захлючалось в его сравнительной простоте и эффективности.

При разработке указанных вопросов возникла проблема о взаимоотношении между дальними и близкими взаимодействиями. Дальние взаимодействия выражают собой связь каждой частицы со всем коллективом в целом. Напротив, взаимодействия близкие обычно учитываются при помощи метода "столкновений", применяемого в классической кинетической теории газов. Отличительной чертой этого метода является то, что во внимание принимаются только взаимодействия, возникающие между двумя сталкивающимися частицами.

Можно ли при помощи последовательного учета двойных, тройных, четверных и т.д. столкновений получить в конце концов дальние взаимодействия в коллективе частиц? Включает ли метод, основывающийся на учете дальних взаимодействий, обычный метод столкновений как некоторый частный или предельный случай? Эта проблема оказалась сложной. Прежде всего возник вопрос о наличии, роли и правильном учёте дальних взаимодействий и для нейтральных частиц. Применение этого метода к системам нейтральных частиц привело к определённому успеху, поскольку был решeн вопрос о природе процесса кристаллизации. В дальнейшем на этом пути удалось вскрыть ряд своеобразных особенностей распространения волн в cистеме многих частиц.

Надо сказать, что введение дальних взаимодействий для совокупности нейтральных частиц обострило поставленную выше пробпему. Действительно, в случае нейтральных частиц представления о соударениях казались вполне применимыми, предлагаемый же метод основывался только на уравнении непрерывности и на интегральном способе учёта взаимодействий. Этот метод как будто не содержал в себе явно понятия столкновений. Его большая общность выяснялась лишь постепенно.

Второй этап развития теории состоял в попытках обоснования этого метода, исходя из точной формулировки задачи n-тел в статистической механике Гиббса и квантовой механике. Физический и математический анализ этой задачи показал, что полный вывод предлагаемого метода из указанных теорий невозможен. Это было связано с наличием целого ряда трулностей в указанных выше теориях, а также с теми физическими элементами, которые данный метод содержал. Например, попытки включить в статистическую механику многих частиц, основанную на теореме Лиувилля, электродинамические взаимодействия приводят к трудностям, связанным с точечностью заряженных частиц. В то же время излагаемый метод возник при исследовании совокупности электронов и подобных трудностей в себе не содержит. Другое затруднение классической и статистической механики заключается в невозможности получить из этих теорий сямого факта образования кристаллической структуры из жидкости при непрерывном понижении температуры. Это обстоятельство явно указывает на то, что эффекты коллективного взаимодействия в аппарате стагистической мехзники учитываются не в полной мере. Квантовая механика также не в состоянии ответить на этот вопрос. С математической точки зрения это следует из того, что уравнения квантовой механики не приводят к "ветвящимся" решениям, которые играют большую роль в излагаемой теории. Это относится и к приближенному квантовомеханическому методу, так называемому методу самосогласованного поля.

Вышеизложенное привело автора к мысли о том, что предлагаемый метод является качественно новым.

При построении теории три момента являлись руководящими в методологическом отношении.

1) Отказ от строго точечного описания микрочастиц. Представление о частице как о точке, сохраняющей это свойство вне зависимости от связи со средой и остальными частицами, является только приближённым отражением реальности. В настоящее время как опытные факты, так и внутренние трудности существующих теорий диктуют необходимость создания теории, в основе которой лежала бы новая трактовка понятия частицы. В частности, теория должна отобразить зависимость степени протяженности частицы от тех физических условий, в которые эта частица попадает.

2) Новый подход к понятию замкнутости физической системы. Нам кажется, что и в существующих теориях по существу уже имеет место отход от понятия замкнутости в смысле классической механики (аппарат статистической и квантовой механики). Для динамики частиц, развиваемой в этой книге, характерен особый способ учёта связи частицы с окружающей средой. Благодаря этому понятие замкнутости приобретает новыЙ смысл. Переход к классическим теориям связан при этом с ввецением определённых ограничений на эту связь.

3) Стремление построить такую теорию, в которой движение оезулыпатом деиствия некоторых "источников" (силы – в классической механике, термостат – в статистике, заряды и токи – s электродинамике). При помощи таких источников движение по существу вводится в физическую систему извне. В излагаемой теории указанная идея осуществляется тем, что каждая частица описывается протяжённой функцией распределения в пространстве координат и скоростей.

Следует подчеркнуть, что предлагаемая теория не противопоставляется классическим, а дает возможность уточнить границы их применимости. Например, выясняется, в каких случаях классические представления точечной частицы, замкнутой системы и т.д. применимы, а в каких случаях теряют смысл и должны быть обобщены. Мы увидим, что уравнения классической механики, а в некотором смысле и статистики получаются из уравнений предлагаемой теории как частные случаи при определённых условиях.

Применения теории далеко еще не исчерпаны. К нзстоящему времени получены следующие результаты:

1. Детально исследованы вибрационные свойства многоэлектронных совокупностей и рассмотрен ряд явлений, для которых эти свойства можно считать определяющими.

2. Предложены и проанализированы различные способы возбужпения собственных колебаний в плазме.

3. Дано объяснение страт.

4. Дано обьяснение природы кристаллизации и указаны некоторые новые свойства кристалла.

5. Показано существование эффекта скачкообразного появления звука при наличии достаточно уплотненной среды и достаточно низкой температуры.

6. Доказано существование нескольких скоростей звука в совокупностях взаимодействующих частиц, если силы отталкивания превалируют над силами притяжения.

7. Проанализирована роль взаимодействий между электронами в электронно-лучевых лампах.

В заключение считаю своим долгом выразить благодарность моим ученикам А.Г.Перелешину, В.А.Яковлеву, А.А.Лучиной, И.П.Базарову, Н. M. Гольдману, К.С.Токаревой, Г.М.Мякишеву, принимавшим участие в разработке отдельных вопросов теории, а также В.Т.Хозяинову, оказавшему большую помощь при подготовке книги к печати.

25 ноября 1949 г.  г.Москва <

Об авторе

Власов Анатолий Александрович

Выдающийся советский физик-теоретик, лауреат Ломоносовской и Ленинской премий. Доктор физико-математических наук, профессор. Родился в городе Балашове Саратовской губернии. В 1931 г. окончил Московский университет, учился в аспирантуре под руководством будущего нобелевского лауреата И. Е. Тамма. В 1934 г. защитил кандидатскую диссертацию, а в 1942 г. — докторскую диссертацию «Теория вибрационных свойств электронного газа и ее приложения». С 1944 г. — профессор кафедры теоретической физики физического факультета МГУ, с 1945 по 1953 гг. — заведующий кафедрой. В 1944 г. был удостоен в Московском университете Ломоносовской премии первой степени, а в 1970 г. за цикл работ по теории плазмы А. А. Власову была присуждена Ленинская премия.

Основные труды А. А. Власова были посвящены оптике, физике плазмы, теории кристал-лического состояния, теории гравитации, статистической физике. Он развил теорию уширения спектральных линий на основе учета молекулярного взаимодействия, впоследствии стимулировавшую исследования многих советских и иностранных авторов. Мировую известность получила его работа «О вибрационных свойствах электронного газа» (1938), в которой впервые был дан глубокий анализ физических свойств заряженных частиц плазмы и было предложено новое кинетическое уравнение плазмы (уравнение Власова). Дальнейшее развитие теории вибрационных свойств электронного газа позволило А. А. Власову создать фундаментальный метод исследования свойств плазмы. Кроме того, ему принадлежат исследования по теории кристаллического состояния и теории гравитации, а также построение оригинальной теории множественного рождения частиц.