На пульсаре - Кадомцев Б.Б.
ISBN 5-85504-013-5
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим теперь одинаковые атомы. И в этом случае "слабо прикрытые"
электронной оболочкой ядра будут сильно взаимодействовать с электронными
"палочками" соседних атомов (рис. 32 а). Два атома будут сближаться таким
образом, чтобы ядро одного атома входило в довольно плотную часть
электронного облака другого, но при этом за счет электростатического
отталкивания ядер они остаются раздвинутыми вдоль магнитного поля.
У двух одинаковых атомов полного обобщения электронных оболочек не
происходит - только электроны на внешних орбитах становятся общими. Можно
сказать, что атомы сохраняют свою индивидуальность (расчет показывает,
что полное обобществление электронов также может иметь место, но только
при очень сильных полях).
Если к молекуле из двух атомов (рис. 32 а) поднести еще один атом, то он
прилипнет либо к верхнему, либо к нижне-
76
8. Вещество в сверхсильном магнитном поле
му атому. То же самое будет происходить с каждым последующим добавленным
атомом: такому атому выгодно присоединиться либо к крайнему верхнему,
либо к крайнему нижнему атому, поскольку при этом вновь добавляемое ядро
близко проходит к электронной оболочке молекулы, но все же остается на
достаточно большом расстоянии от других ядер. В результате мы получим
длинную полимерную цепочку (рис. 32 б). Эта цепочка будет несколько
наклонена по отношению к магнитному полю, причем с ростом магнитного поля
наклон будет уменьшаться. Рисунок 32, разумеется, дает весьма схематичное
представление о полимерной молекуле. Исключительно ради простоты мы
изобразили ее лежащей в плоскости рисунка с атомами, находящимися в той
же плоскости. Однако это еще не самая выгодная конфигурация с
энергетической точки зрения. В самом деле, если мы все атомы, например,
нечетные, выдвинем из плоскости рисунка к нам, а четные сдвинем за
плоскость рисунка, а затем несколько "подожмем" молекулу поперек
магнитного поля так, чтобы расстояния между соседними атомами остались
неизменными, то при этом произойдет эффективное сближение четных и
нечетных атомов между собой. Но эти атомы, расположенные через один,
также притягиваются друг к другу. Поэтому энергетически это выгодно, т.
е. выгоднее иметь не просто линейную цепочку, как на рис. 32, а более
"толстую" полимерную цепочку. Впрочем, в энергию связи такой цепочки по-
прежнему основной вклад вносят ближайшие соседи, так что ее энергия связи
ненамного отличается от энергии связи простой линейной цепочки,
изображенной на рис. 32.
Теперь рассмотрим, как ведет себя твердое тело в сверхсильном поле. Мы
привыкли к тому, что наиболее типичной структурой твердого тела является
кристаллическая. Можно было бы предположить, что и в сверхсильном
магнитном поле атомы одного сорта при низких температурах должны
образовать кристалл. Однако это не так: кристаллическая структура
оказывается энергетически невыгодной. Впрочем, это ясно уже из рис. 32 б,
где мы добавляли атом за атомом и видели, что последующим атомам выгодно
прилипать к крайним атомам длинной цепочки. Другими словами, в первую
очередь образуются полимерные цепочки, а уже затем, в результате
значительно более слабых сил взаимодействия, эти полимерные цепочки будут
слипаться в твердое тело. Таким образом, в сверхсильном магнитном поле
твердое тело должно быть полимером.
8. Вещество в сверхсильном магнитном поле 77
Но это не совсем обычный или, лучше сказать, совсем необычный полимер.
Молекулы в таком полимере укладываются под определенным, довольно малым,
углом к силовым линиям магнитного поля; они сильно вытянуты вдоль поля.
Это должно приводить к целому ряду необычных свойств тела. Легко видеть,
например, что такое твердое тело очень трудно или, точнее, невозможно
повернуть вокруг оси, перпендикулярной магнитному полю, поскольку при
этом должна была бы произойти перестройка всех молекул в теле на
полимерные нити, вытянутые вдоль нового направления поля. По всей
вероятности, в случае приложения внешнего механического момента к такому
телу в нем скорее произойдет разлом, чем поворот по отношению к полю
(рис. 33 а).
Рис. 33. Сила, удерживающая полимерную цепочку вдоль поля, выше прочности
самой цепочки: (а) излом полимерной цепочки при наложении внешнего
магнитного момента вокруг оси, перпендикулярной магнитному полю В; (б)
полимерная цепочка легко поворачивается без деформации вокруг направления
магнитного поля.
С другой стороны, такое тело ничего не стоит повернуть вокруг оси,
параллельной магнитному полю (рис. 33 6).
Если магнитное поле очень сильное, значительно больше 1012 гаусс, то у
такого макроскопического тела появляется еще одна любопытная особенность
в механических свойствах, связанная с соответствующей особенностью в
свойствах составляющих его атомов. Речь идет об анизотропии массы.
Рассмотрим сначала изолированный атом, к которому мы мысленно прило-
78
8. Вещество в сверхсильном магнитном поле
жим силу и начнем ускорять. При ускорении вдоль магнитного поля с ним
