Юный техник 1974-08, страница 19

Юный техник 1974-08, страница 19

имеет их ограниченное число Например, два. Как будет все происходить в этом случае?

В нормальном состоянии, при положительной температуре, заселенность нижнего уровня выше заселенности верхнего. Но вот мы начинаем греть систему — частицы постепенно переходят на верхний уровень. На определенном этапе число их и там и тут сравняется... Стоп! Какая это температура? По формуле Больцмана — бесконечная!!!

Это уже фантастика. Но ведь можно идти дальше.

Еще немного нагреем систему — перевели еще несколько ча-

Ступеньки Ej и Е, и есть тот сверхгорячий утюг рубинового лазера.

стиц с нижнего уровня на верхний. Заселенность станет противоположна обычной: снизу меньше, сверху больше. Какая температура? Отрицательная!

Поведение температуры может показаться странным: до нуля не добраться, а бесконечность легкодостижима. Мало того, за бесконечностью область отрицательных температур? На самом деле все эти странности связаны лишь с условным выбором шкалы, в самом процессе нагрева, как вы видели, никаких бесконечностей не было. Возможно, более удобно было бы обозначить температурой

величину — Область, близ

кая к абсолютному нулю, уйдет в действительно недостижимую минус бесконечность, бесконечная температура на шкале Кельвина превратится в простой нуль, а за ним положительные температуры, уходяшие в плюс бесконечность.

Для систем с конечным числом ступенек энергетической лесенки

введение новой шкалы было бы оправданным, а для обычных систем с бесконечной лесенкой? Стоит ли превращать шкалу, простирающуюся от 0 до -f- сл, в шкалу от — о до 0? Тем более что нам пришлось бы все время жить при отрицательных температурах.

Вот когда мы подобрались к разгадке. Разгадке, но только на конечной, обрезанной лесенке.

А бывают ли вообще системы с конечным числом уровней? С определенной оговоркой, пример тому рубиновый лазер. В его работе существенны лишь три уровня. Внешней световой накачкой частицы переводятся с нижнего уровня на верхний, откуда часть их очень быстро переходит снова на нижний, а часть на средний уровень. Здесь частицы задерживаются довольно долго, и световая накачка успевает подбросить им на подмогу добрую половину собратьев. Получается интересная ситуация. На верхнем уровне частиц почти нет, на среднем их довольно много — больше половины общего количества, остальные на нижнем. У всей трехуровневой системы (как у горячего утюга с гладильной доской) общей температуры нет. А вот у молекулярного «утюга» — частиц нижнего и среднего уровня — и «гладильной доски» — частиц среднего и верхнего — температура есть. «Гладильная доска», как ей и положено, холодная. А «утюг» — «утюг» лазера настолько горяч (заселенность обратна обычной), что температура его больше бесконечности или, точнее, порядка минус 20 ООО градусов по шкале Кельвина.

Вот сколько неожиданностей преподнесла нам столь «хорошо знакомая» температура. И если вы заинтересовались, прочитайте еще книжку М. Земанского «Температуры очень низкие и очень высокие», издательство «Мир», Москва, 1968

П. ЮШМАНОВ

17

Обсуждение
Понравилось?
Войдите чтобы оставить комментарий
Понравилось?