Адиабатическое приближение

Адиабатическое приближение — метод решения сложных физических задач, заключающийся в том, что некоторая величина полагается постоянной в ходе всего физического процесса. Термин адиабатический, строго говоря, означает, что этой величиной является энергия, однако его также применяют и к процессам с другими сохраняющимися параметрами.

В ядерной физике

Адиабатическое приближение в ядерной физике представляет собой разделение системы на тяжёлые и лёгкие частицы — ядра и электроны. Вследствие резкого различия в их массах и скоростях, можно считать, что движение электронов происходит в поле неподвижных ядер, тогда как на сравнительно медленное движение ядер влияет лишь среднее пространственное распределение электронов.

В квантовой физике

Адиабатическое приближение — метод приближённого решения задач квантовой механики, применяемый для описания квантовых систем, в которых можно выделить быструю и медленную подсистемы. Исходная задача решается в два этапа: сначала рассматривается движение быстрой подсистемы при фиксированных координатах медленной подсистемы, а затем учитывается движение последней. «Классическая область» приложения адиабатического приближения в квантовой механике — теория молекулярных спектров, а методически наиболее простой случай его использования — молекулярный ион водорода Н₂⁺. В связи с этим см. случай адиабатического приближения, называемый приближением Борна — Оппенгеймера.

В динамических квантовых системах адиабатическое приближение используется для предсказания вероятности перехода системы в возбуждённое состояние. Внешнее воздействие изменяет энергии собственных состояний (см., например, Частота Раби#Одетые состояния («dressed states»)). Когда энергии сравниваются, обычно имеет место снятие вырождения и квазипересечение уровней. При бесконечно быстром переходе, динамическое состояние системы не успевает измениться (мгновенный процесс); однако, при достаточно медленном воздействии, система изменяет состояние из исходного по непрерывности (адиабатический процесс). Адиабатическая теорема в формулировке Борна — Фока утверждает:

Физическая система остаётся в своём мгновенном собственном состоянии, если возмущение действует достаточно медленно и если это состояние отделено энергетической щелью от остального спектра гамильтониана.

В динамике твёрдого тела

Движение твёрдого тела вокруг неподвижной точки при достаточно быстром вращении разделяется на быстрое движение (нутация) и медленное движение (прецессия). Свободное движение твёрдого тела соответствует чистой нутации вдоль поллодий. Прецессия — вынужденное движение, обусловленное медленным внешним воздействием. В адиабатическом приближении предполагают, что ось механического гироскопа смещается в результате прецессии, а нутацию отбрасывают.

См. также

• Адиабатический процесс