звичайно викликається підвищенням температури. З її зростанням збільшується амплітуда хитань атомів поблизу вузлових точок кристалічної решітки; вона стає порівнянної з відстанню між вузлами, а коли складе від цього відстані приблизно чверть (до такій цифрі призводить теоретична оцінка; в нормальних кімнатних умовах оцінку підтверджують експерименти з нормальними металами), розпочнеться перехід в рідку фазу.
Можна провести те ж міркування в зворотному порядку: чим нижче температура, тим менше амплітуда хаотичних коливань атомів, тим точніше визначається їх положення у вузлах решітки.
Однак зворотний хід нашого міркування стримується закономірностями квантової механіки. В останній фразі попереднього абзацу можна угледіти замах на один з основних її принципів - принцип невизначеності. Відповідно до законів квантової механіки, не можна визначити одночасно з як завгодно високою точністю і положення і швидкість частинки, і, отже, не можна говорити про те, що частка завмирає з нульовою (точно певної!) швидкістю в якому-небудь (строго певному!) положенні рівноваги. Так що навіть при температурі, яка прагне до абсолютного нулю, атоми кристала будуть здійснювати коливання поблизу положень рівноваги - нульові коливання, як прийнято їх називати на відміну від теплових.
Відповідно до того ж принципом невизначеності амплітуда нульових коливань стає тим більше, чим сильніше потиснені руху атома, чим суворіше задано положення рівноваги. Тиск як раз і служить таким стесняющим обставиною. Зростає тиск - росте і амплітуда нульових коливань. І ось вона стає порівнянної з усе уменьшающимся відстанню між вузлами кристалічної решітки. При температурі, близькій до абсолютного нуля, настає момент холодного плавлення твердого тіла.
Таким чином, існують граничні значення температури, щільності і тиску, вище яких кристалічний стан неможливо, і, щоб переконатися в цьому, можна було і не вирушати в область екстремальних станів: саме квантовим ефектом холодного плавлення пояснюється існування рідкого гелію при низьких температурах і атмосферному тиску.
Втім, багато питань, пов'язаних з холодним плавленням, досі залишаються відкритими.
Цікавим питанням є процеси, яким піддаються електрони в області екстремальних станів (до Досі, стосовно до атомам, йшлося в основному про ядра). За нижній її кордоном електрони відриваються від ядер, поповнюючи собою самостійну електронну компоненту речовини.
Про її структурі розповідають тонкі чорні штрихи, прокреслюються строкате поле діаграми. Лінія, що йде кутом вздовж нижньої межі, вище і правіше її, вказує умови, в яких коллектівізіруются більшість електронів, наступна лінія - умови, в яких електрони усуспільнено повністю, наступна за нею - умови, за яких швидкості електронів наближаються до швидкості світла: температура і тиск роблять те, заради чого в земних умовах будуються прискорювачі заряджених частинок.
За округленим вершин трьох цих ламаних ліній і далі вправо і вгору йде ще одна. Правіше і нижче її електрони можна розглядати як класичний газ. Лівіше і вище лежить так звана область виродження - тут набирає сили знаменитий принцип заборони Паулі: якщо будь-які електрони в даній порції речовини знаходяться в одному і тому ж стані з однаковою енергією, то таких електронів може бути тільки два. Вдавшись до фізичній терміну, скажімо так: у кожному стані може перебувати лише пара електронів, при цьому їхні спини спрямовані в протилежні сторони.
Чим більше об'єм тіла, чим більше в ньому електронів, тим густіше сітка енергетичних рівнів - адже кожній парі електронів потрібно відвести свій рівень, а енергія частинок, очевидно, обмежена.
А якщо зменшити об'єм тіла, наприклад, стиснувши його? Концентрація енергії в речовині підвищиться, кожен електрон отримає додаткову енергію, стопка рівнів пріподнімется, зазори між ними розширяться. Підвищення енергії завжди потребує докладання певної сили - тіло буде чинити опір стисненню. Якщо ж тиск зняти, енергетичні рівні сповзуть вниз, повернуться в колишнє нижче становище, відповідне більшого обсягом (див. рис. 5).
В
Рис. 5. Розподіл рівнів енергії, на яких розташовуються електрони кристала при меншому (ліворуч) і більшому (праворуч) тиску.
За цим міркуванням неважко побачити опис загальновідомого механічного феномену - пружності твердих тіл. У його основі лежить принцип Паулі, якому підпорядковуються електрони твердого тіла, будь то кристал кварцу або сталева пластинка.
Кілька слів необхідно сказати про точки, які стоять поблизу кордонів розділу "кристал - жідкоподобная плазма - ідеальна плазма ". Ці кордони, як уже говорилося, позначені білими лініями. Серед них є суцільні і пунктирні. Така різноманітність пояснюється тим, що єдиної для всіх елементів діаграми фаз викреслити не можна.
Суцільні лінії відповідають вуглецю. По них можна ...
