Колебания атомов в кристаллической решетке – один из основных видов внутренних движений в твердых телах.
Упругие волны рассматриваются в физике как распространение неких квазичастиц – фононов.
В данной работе я не касаюсь теории теплоемкости кристаллических тел (квантование колебательной энергии), предложенной Эйнштейном и впоследствии усовершенствованной Дебаем. Данная теория описана во всех учебниках по физике твердого тела.
Моя задача – показать энергию колебательных процессов в кристаллах и переноса ее в виде импульсов от атома к атому.
Прежде чем это сделать, необходимо вкратце описать сущность переноса энергии в современной физике, для этого придется разобраться с фононами.
2.10.2. Фонон
Чтобы как-то объяснить вечный танец атомов, нужна энергия, которую кто-то должен переносить, но, не зная, чем и кем энергия переносится, ученые исхитрились и придумали некую виртуальную квазичастицу и назвали ее – фонон. Наделили ее энергией и импульсом, квантом упругих колебаний, считая, что для переноса энергии эта частица вполне может подойти. После чего внутреннюю энергию кристалла можно рассматривать как суммарную энергию движущихся фононов (квазичастиц).
Фонон (phone – от греч. «звук») – квант колебаний кристаллической решетки. Термин введен И. Таммом по аналогии с фотоном, квантом электромагнитного поля.
Примечание. Как видите, частицы, не существующие в природе, но необходимые для объяснения происходящих физических процессов, «крутятся» вокруг фотона. Первой частицей является гравитон, и вот вторая квазичастица – фонон.
В «Большом толковом словаре современного русского языка» Д. Н. Ушакова читаем: quasi (лат.) – якобы, как будто. Первая часть сложных слов, имеющих значение: мнимый, ненастоящий, а в некоторых изданиях трактуется как ложный.
Я, в свою очередь, лишь констатирую, что такой частицы, как фонон с его квазиимпульсом, в природе не существует, т. е. фонон – ложный.
Приведу цитату: «Фонон во многих отношениях ведет себя так, как если бы он был частицей с энергией и импульсом. Однако в отличие от обычных частиц (электронов, протонов, фотонов и т. п.) фонон не может возникнуть в вакууме – для своего возникновения и существования фонон нуждается в некоторой среде. Подобного рода частицы называются квазичастицами. Таким образом, фонон является квазичастицей.
Импульс фонона обладает своеобразными свойствами. При взаимодействии фононов друг с другом их импульс может дискретными порциями передаваться кристаллической решетке и, следовательно, не сохраняется. В связи с этим (p) в случае фононов называют не импульсом, а квазиимпульсом» [3, с. 192]..
k – волновое число, соответствующее колебанию частоты ω,
υ – скорость упругих волн в кристалле.
Сравните формулу (2.21) с импульсом фотона p>p =hν/c (1.12).
Должен прокомментировать вышеприведенную цитату, так как в литературе сплошь и рядом такие высказывания повторяются.
Первое. В природе энергию и импульс переносят электромагнитные волны (фотоны), в том числе инфракрасного диапазона – крафоны (красные фотоны), которые присутствуют в любом теле (решетке) при комнатной и другой температуре. Крафоны перераспределяют тепловую энергию не только внутри какого-то тела, но между всеми телами, в том числе переносят ее в вакууме. Крафоны охлаждают всякое вещество или тело, выравнивая их температуру с окружающим пространством.
