Метастабильное состояние - состояние неполного равновесия макроскопич. системы, соответствующее одному из минимумов термодинамич.
потенциала системы при заданных внеш. условиях. Устойчивому (стабильному) состоянию
отвечает самый глубокий минимум. Однородная система в M. с. удовлетворяет условиям
устойчивости равновесия термодинамического
относительно малых возмущений физ. параметров (энтропии, плотности и др.). При
достаточно больших возмущениях система переходит в абсолютно устойчивое состояние.
Большой класс M. с. связан с фазовыми переходами 1-го рода (кристаллжидкостьгаз).
Для одноком-понентной системы Гиббса энергия Ф(Т, P)[или хим. потенциал-
число частиц в системе] изображается поверхностью
с самопересечением. На линии пересечения хим. потенциалов двух фаз
возможно равновесное сосуществование фаз. Точка s на рис. 1 - след такой
линии на плоскостиM.
с. двух фаз соответствуют участки .
M. с. характеризуется конечным временем жизни.
При отсутствии конкурирующей (более устойчивой)
фазы распад M. с. начинается с возникновения жизнеспособных зародышей в результате
флуктуации, напр, капелек жидкости в пересыщенном паре или пузырьков пара в
перегретой жидкости (см. Переохлаждение, Перегрев).
Мин. работа W, к-рую нужно затратить для
создания зародыша радиуса r, состоит из объёмного и поверхностного вкладов.
Зависимость W от r показана на рис. 2. Положение максимума
определяет
размер критич. зародыша. С ростом пересыщения значенияубывают.
Притермодинамически
обусловлен рост зародыша. Для сферич. зародышей , где-
коэф. поверхностного натяженияна
границе фаз,-
давления в критич.зародыше и во внеш. фазе.
Вместо разности давлений можно ввести величину переохлаждения (перегрева)
|T - T0| при заданном давлении
или разность хим. потенциалов Dm метастабильной и стабильной фаз,
- удельный
объём стабильной фазы.
В большинстве реальных ситуаций распад M. с.
происходит до достижения заметной скорости гомогенного зародышеобразования,
к к-рому относится теория. Начало фазового перехода облегчается влиянием стенок
и присутствием в объёме системы разл. включений, существенно снижающих работу
образования жизнеспособных зародышей устойчивой фазы. В этом случае говорят
о гетерогенном за-родышеобразовании. Специально поставленные опыты с перегретыми
и переохлаждёнными жидкостями приводят к результатам, к-рые согласуются с предсказаниями
теории флуктуац. (гомогенного) зародышеобразования. В опытах альтернативой медленному
изменению состояния в "чистой" системе служит режим быстрого создания
такого пересыщения, при к-ром осн. доля фазового перехода обусловлена массой
флуктуац. зародышей, а вклад гетерогенного зародышеобразования незначителен.
Две фазы, метастабильные по отношению к третьей
фазе, могут сосуществовать друг с другом. При этом удовлетворяются обычные условия
равновесия фаз:
Примером является переохлаждённая жидкость и пар над ней пригдез
T тр - темп-pa тройной точки кристалл - жидкость - пар. Др.
пример - равновесие кристалл - жидкость на продолжении линии плавления за тройную
точку, т. е. при
Аналогичный приём построения расширенных диаграмм состояния используют для систем
с полиморфными превращениями (см. Полиморфизм ).Это связано с тем, что
MH. кристаллич. материалы получают на основе метастабильных модификаций. Большое
практич. значение имело построение фазовой диаграммы графит - алмаз. В двух-
и многокомпонентных системах нужно учитывать возможность метастабиль-ности,
вызванной концентрац. пересыщением.
M. с.- неравновесное состояние термодинамич.
системы. Для определённости обычно предполагают, что система, находящаяся в
M. с., прорелаксировала по всем признакам, кроме тех флуктуац. мод, к-рые приводят
к возйикновению жизнеспособных зародышей. Иначе говоря, характерное время ожидания
распада M. с. больше остальных времён релаксации (температурной, концентрационной
и т. д.). В этом случае существует квазистатич. продолжение термодинамич. свойств
равновесной системы в область M. с. При несоблюдении сформулиров. условия метастабильность
и неравновесность фаз связаны более сложным образом. Напр., за-стеклованная
(очень вязкая) жидкость метастабильна (при ),
но её структура и свойства зависят от предыстории
системы (см. Стеклообразное состояние).
С существованием M. с. связаны явления гистерезиса при фазовых переходах, напр. при циклич. пере-магничивании ферромагнетиков, в камерах Вильсона, в пузырьковых камерах. MH. технически важные материалы, в т. ч. стали, алюминиевые сплавы, являются ме-тастабильными системами.
В. П. Скрипов
Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.