20 Июля 2010

Ральф Фаулер, объяснение малых размеров, высокой плотности вещества и высокой поверхностной светимости белых карликов

Ральф Фаулер (1926) дал правильное объяснение малых размеров, высокой плотности вещества и высокой поверхностной светимости белых карликов, когда по аналогии перенес в область строения белых карликов статистику Ферми-Дирака (1926) и содержащееся в ней понятие вырожденного электронного газа. В.В. Иванов в статье «Белые карлики» (сайт «Астронет», 2002) пишет: «В 1926 г. появилась квантовая статистика и понятие вырожденного газа. Это дало ключ к пониманию природы белых карликов. Потребовалось всего несколько месяцев, чтобы Р. Фаулер (Англия) применил эти новые идеи к белым карликам и, казалось, окончательно решил проблему. В чем же здесь дело? В обычном (невырожденном) газе давление, как хорошо известно, пропорционально произведению плотности и температуры. Казалось бы, при абсолютном нуле температуры давление должно обращаться в нуль. Однако если газ состоит из частиц с полуцелым спином – фермионов, в частности, электронов – то при достаточно низких температурах начинает проявляться действие одного из фундаментальных законов микромира, так называемого запрета Паули. Это приводит к тому, что давление сжатого электронного газа остается конечным и при абсолютном нуле, причем величина давления зависит только от плотности, быстро возрастая при ее увеличении (пропорционально плотности в степени 5/3)» (В.В. Иванов, 2002). Об этой же аналогии Р.Фаулера говорит С.Чандрасекар. В статье «О возрастающем значении общей теории относительности для астрономии» (УФН, 1974, февраль) С. Чандрасекар пишет: «Теперь поставим вопрос: может ли звезда заданной массы, состоящая из данного вещества, достичь состояния нулевой энергии при высокой плотности? Р.Фаулер придал этому вопросу следующую форму: может ли звезда достичь состояния, в котором она может быть описана как гигантская молекула в низшем квантовом состоянии? Пионерское исследование Р.Фаулера 1929 г., опиравшееся на уравнение состояния, которому должен подчиняться электронный газ при увеличении его концентрации при заданной температуре, показало, что подобное состояние, по-видимому, достижимо. Предельная форма уравнения состояния электронного газа, использованная Фаулером, может быть выведена из следующего рассуждения. Мы описываем состояние электронного газа посредством квантовых чисел подобно тому, как мы описываем квантовыми числами электроны в атоме» (Чандрасекар, УФН, 1974, с.312). Об этой же аналогии, позволившей Фаулеру рассмотреть вещество белого карлика как гигантскую молекулу, подчиняющуюся статистике Ферми-Дирака, С. Чандрасекар говорит и в своей Нобелевской лекции «О звездах, их эволюции и устойчивости» (УФН, 1985, март). Правда, С. Чандрасекар называет звезды типа белых карликов черными карликами. Он цитирует один из фрагментов эпохальной статьи Фаулера «Плотное вещество» (1926): «Вещество черного карлика больше всего походит на одну гигантскую молекулу в нижнем квантовом состоянии. Согласно статистике Ферми-Дирака его высокая плотность может быть достигнута одним и только одним путем, который соответствует высокому энергосодержанию. Но эта энергия может расходоваться на излучение не в большей степени, чем энергия нормального атома или молекулы. Единственная разница между веществом черного карлика и нормальной молекулой состоит в том, что молекула может существовать в свободном состоянии, в то время как вещество черного карлика может существовать в этой форме только при очень высоком внешнем давлении» (Чандрасекар, УФН, 1985, с.493-494).

Оставьте комментарий!

Не регистрировать/аноним

(Используйте нормальные имена. Ваш комментарий будет опубликован после проверки.)

Комментатор/хотите зарегистрироваться

(Для регистрации укажите пароль и свой действующий email. Связка email-пароль позволяет вам комментировать и редактировать данные в вашем персональном аккаунте, такие как адрес сайта, ник и т.п. Письмо с активацией придет в ящик, указанный при регистрации.)

(обязательно)