Так называется наука, которая заняла видное место в физике в 1920-х гг. Под квантовой механикой мы понимаем здесь нерелятивистскую квантовую теорию, изучающую законы движения микрочастиц при скоростях, гораздо меньших скорости света. Эти законы «работают» в основном на атомных масштабах расстояний, однако в некоторых случаях проявляются и в макромире. Можно назвать несколько квантовых явлений, которые наблюдаются почти без приборов, — сверхпроводимость, лазерный свет, магнитное упорядочение атомов ферромагнетика и др. Хотя эта наука уже полностью разработана, ее законы до сих пор непривычны для людей.
Рассказывая о сверхпроводимости, нужно обязательно вступать в царство квантовой механики. Без этого обойтись нельзя, так как само явление сверхпроводимости существенно квантовое, и его не удавалось понять, пока не было в основном завершено построение квантовой механики.
Для того чтобы придать механизму сверхпроводимости наглядность, надо рассматривать поведение электронов в кристаллах.
Если бы это были частицы, подчиняющиеся обычной механике, то было бы удобно уподобить их бильярдным шарам.
Бильярдный шар находится где-то на бильярдном столе, он движется с какой-то скоростью. Мы привыкли, что его положение, скорость и энергия могут быть любыми, уж во всяком случае, они никак не зависят от размеров бильярдного стола и высоты его бортов. Попробуем устроить на бильярде «твердое тело» — расставим шары правильными рядами. Это будет «кристаллическая решетка», шары изображают тяжелые атомные остовы. Атомные остовы, или ионы, действительно намного тяжелее электрона. Напомним, что каждый протон и нейтрон, из которых составлено ядро атома, почти в 2000 раз тяжелее электронов.
Теперь пустим на бильярдный стол небольшой шарик, который будет сталкиваться с большими шарами. При этом энергия почти не будет теряться, если отношение их масс велико. Будем считать, что движение маленького шарика тормозится только за счет трения о сукно стола. И трение, и столкновения с большими шарами важны для понимания поведения электрона в кристалле. Конечно, в кристалле и то и другое свойство относятся к рассеянию электрона на ионах. При столкновении электрона с ионом изменяется направление его движения (как и при столкновении большого шара с очень маленьким). И те же столкновения обеспечивают «трение» — потерю энергии (трение о сукно).
Однако и после этого разъяснения «бильярдная» модель твердого тела вызывает недоумение. Решетка из больших бильярдных шаров отнюдь не кажется удобным «сосудом», «трубой» для движения шариков электронов. Попробуйте «включить ток» — толкнуть «электрон» сквозь «решетку». Если в «решетке» достаточно много шаров, протолкнуть электрон будет очень нелегко, сколько бы ни вмешиваться в его движение. Конечно, опытный игрок сможет пустить электрон точно между рядами шаров, но в металлическом кристалле ток течет отнюдь не только вдоль граней!
Таким образом, эта модель не годится для описания твердого тела.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему