Метастабильное состояние

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Метастабильность на примере шарика в яме

Метастабильное состояние (от греч. μετα «через» и лат. stabilis «устойчивый») — состояние квазиустойчивого равновесия физической системы, в котором система может находиться длительное время.

Что такое метастабильное состояние, может быть понятно из приведенного справа рисунка:

  • состояние 1: метастабильное — состояние, стабильность которого сохраняется при не очень больших возмущениях;
  • состояние 2: нестабильное — состояние, стабильность которого нарушается при сколь угодно малых возмущениях;
  • состояние 3: стабильное — состояние, стабильность которого сохраняется при больших возмущениях.

Метастабильные состояния широко встречаются в природе и используются в науке и технике. С существованием метастабильных состояний связаны, например, явления магнитного, электрического и упругого гистерезиса, образование перенасыщенных растворов, закалка стали, производство стекла и т. д.

В термодинамике[править | править код]

Изотермы газа ван дер Ваальса:
P — давление;
V — объём;
K — критическая точка;
abKcdбинодаль (граница области двухфазного равновесия; область под колоколом бинодали — область двухфазного равновесия жидкость — пар);
eKfспинодаль (граница между областями метастабильных и термодинамически неустойчивых состояний; область под колоколом спинодали — нереализуемые состояния);
bcлиния конденсации;
abKe — область перегретой жидкости;
dcKf — область переохлаждённого пара;
площади закрашенных фигур под изобарой bc и над ней равны (правило Максвелла, 1875)

Метастабильные состояния соответствуют одному из минимумов термодинамического потенциала системы при заданных внешних условиях. Устойчивому (стабильному) состоянию отвечает самый глубокий минимум. Однородная система в метастабильном состоянии удовлетворяет условиям устойчивости равновесия термодинамического , , относительно малых возмущений физических параметров (энтропии, плотности и др.). При достаточно больших возмущениях система переходит в абсолютно устойчивое состояние. Большой класс метастабильных состояний связан с фазовыми переходами 1-го рода (кристалл жидкость газ).

В квантовых системах[править | править код]

Метастабильные состояния в квантовых системах — состояния с временами жизни (), достаточно большими, чтобы неопределённость ширины энергетических уровней, согласно принципу неопределённости для энергии и времени , была много меньше разницы между ними.[1] Обычно метастабильными считают возбуждённые состояния, излучательные (радиационные) переходы из которых в другие состояния запрещены строгими правилами отбора. Метастабильные состояния отличаются типом переходов, которые для них возможны: магнитный дипольный, электрический квадрупольный, двухфотонный и другие переходы.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика. - М., Наука, 1972. - с. 83

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]