На пульсаре - Кадомцев Б.Б.
ISBN 5-85504-013-5
Скачать (прямая ссылка):
тысячи раз больше, чем температура Солнца. Спрашивается, какого же цвета
пульсар?
Нужно учесть, что наш глаз не видит всего спектра: мы не видим его
инфракрасной и ультрафиолетовой части. Если температуру тела понижать, то
начинает преобладать инфракрасное излучение, а видимая часть спектра
быстро уменьшается, а затем просто исчезает. Поэтому мы не видим,
например, горячего утюга. А вот змеи его видят. Более того, они могут
видеть теплокровное существо на окружающем более низкотемпературном фоне.
Напротив, если температуру тела повышать (по сравнению с температурой
поверхности Солнца), то начинает преобладать ультрафиолетовая часть
спектра, которую мы тоже не видим. Если мы просто заэкранируем
ультрафиолетовую или даже более коротковолновую рентгеновскую часть
спектра специальным свинцовым стеклом, то, начиная с некоторой
температуры, дальнейшее ее повышение никак не сказывается на цвете: все
изменения
68
8. Вещество в сверхсильном магнитном поле
в спектре происходят в невидимой нам области. Если при этом еще не
увеличивать полной мощности излучения (например, с помощью серого
поглотителя), то будет просто падать мощность излучения в видимой области
спектра. Например, в токамаках, т. е. устройствах для получения плазмы с
температурой в сотни миллионов градусов, центральная область плазмы
кажется темной, хотя она нагрета до гораздо больших температур, чем ее
светящаяся оболочка.
Итак, цвет у пульсара такой же, как и у горячих звезд, а именно, голубой.
Вот почему в зале, в котором я показывал Мише опыты с мячиками как бы на
пульсаре, пол светился голубым светом.
Но давайте вернемся опять к веществу в сверхсильном поле. Как я уже
сказал, классический электрон представляет собой материальную заряженную
точку. Согласно закону Ньютона, такая точка движется равномерно, пока на
нее не подействует внешняя сила. Пусть эта сила создается магнитным
полем.
Известно, что в магнитном поле на заряженную частицу с зарядом е
действует сила Лоренца
Fl = | v±B.
Здесь v± - поперечная по отношению к магнитному полю скорость частиц, с -
скорость света, В - напряженность магнитного поля. Сила Лоренца действует
в направлении, перпендикулярном скорости частицы и вектора магнитного
поля. Таким образом, она подобна центростремительной силе при движении
точки по круговой орбите. Соответственно, и результатом действия силы
Лоренца является движение частицы по окружности с радиусом р±. Он
называется ларморовским радиусом. Центробежная сила равна, как известно,
величине muivj_, где т - угловая частота вращения. Ее принято называть
циклотронной частотой. Если учесть, что в качестве центробежной силы
выступает сила Лоренца, то, приравнивая обе силы, получим:
ui = еВ/тс.
Соответственно, величина р± = v±/uj = mv±c/eB. Как мы видим, при заданной
скорости v±_ величина ларморовского радиуса убывает с магнитным полем.
Вдоль поля частица движется свободно.
Так происходит с классической частицей. Но электрон - не просто
заряженная точка, он обладает волновыми свойствами. Эти свойства не
допускают возможности существования неподвижного или равномерно
движущегося электрона сколь угодно малых
8. Вещество в сверхсильном магнитном поле
69
размеров. Грубо говоря, в силу волновых свойств электрон представляет
собой заряженное облачко, имеющее тенденцию к расширению (рис. 26 6).
а) б) в) г)
Рис. 26. Электрон в обычных условиях и в магнитном поле: (а) заряженная
классическая частица движется в магнитном поле В по винтовой линии, шаг
винтовой линии зависит от скорости вдоль магнитного поля, а радиус ее -
от поперечной составляющей скорости и силы поля В; (б) свободный
электрон, который представляет собой отрицательно заряженное облачко,
расширяющееся во все стороны; (в) в атоме водорода электрон притягивается
к протону и образует компактное облачко масштабом 10 см (он и называется
размером атома водорода); (г) в магнитном поле облачко свободного
электрона расширяется только вдоль поля, а в поперечном направлении оно
локализовано в трубочке.
В атоме электрон притягивается к ядру, и его тенденция к расширению
компенсируется этим притяжением к ядру (рис. 26в). Естественным масштабом
размеров атомов служит радиус атома водорода, именуемый обычно боровским
радиусом - ао = 0,5 х 10-8 см. При переходе к более тяжелым элементам
сила притяжения электронов к ядру возрастает и размеры ближайших к ядру
электронных облачков уменьшаются, но зато снаружи добавляются новые
электроны, так что в целом размеры атома изменяются слабо.
При наличии очень сильного магнитного поля строение атомов и молекул
может значительно измениться. Классическая заряженная частица в магнитном
поле движется по винтовой линии - она не может смещаться поперек
магнитного поля на большие расстояния (рис. 26 а). Аналогично и
электронное облачко в сильном
70
8. Вещество в сверхсильном магнитном поле
магнитном поле может свободно расширяться только вдоль поля, а поперек
