Modern fizikai kisenciklopédia - Saját képpel

Ismertető: Korábban közkeletű meghatározás szerint: a fizika az élettelen természet olyan megnyilvánulásaival foglalkozik, amelyek nem járnak az anyagi minőség megváltozásával. Hogy valójában mi a fizika és hogy miben különbözik a rokon tudományoktól, arról az említett definíció modernizálása sem adhat számot. "A rokontudományokkal, így a csillagászattal, kémiával, ásványtannal a fizika mindig szoros kapcsolatban állt. A köztük meghúzott határokat jórészt külsőleges különbségek - mindenekelőtt a készülékek különbözőségei - jelzik, éppen ezért e határok nagyon gyakran elmosódottak." (M. Laue: A fizika története, Gondolat, 1960. 8. old.) Néhány mondatba tömörített jellemzés már ezért sem pótolhatja azt, amit e tudomány egészének kifejtése nyújt. A mégis megkívánt előzetes tájékoztatás legjobban akkor éri el célját, ha általánosan jellemzi azoknak az alapelveknek az összességét, amelyek segítségével a fizika tárgykörébe eső jelenségeket egységes rendszer részeiként tudjuk szemlélni. Mivel a fizika az anyagi világ legalapvetőbb megnyilvánulásaival foglalkozik, tárgyát illetően a legegyszerűbb és - tudományos rendszerét tekintve - a legfejlettebb természettudomány. Ez utóbbi szinte szükségszerű, hiszen minél kevésbé összetett a vizsgált tárgy, annál több lehetősége van az egzakt elmélyülésnek. Egyúttal ennek köszönhetjük, hogy az a nézőpont, amelynek alapján az anyagi világ bizonyos általános érvényű törvényeit a fizika részeként tartjuk számon, problémamentesen adott.
A fizika tárgya az anyag. Az anyag öntevékeny szubsztancia: változásainak oka önmagában van. A fizika e szubsztanciának azokkal az attribútumaival foglalkozik, amelyek az öntevékenység lehetőségeit és korlátait egyaránt megszabják. Az anyag úgynevezett megmaradó tulajdonságait bizonyára az attribútumok közé sorolhatjuk. Ezek közül egyesek az anyag minden megjelenési formájában megtalálhatók. E megmaradási tételekben jut egyaránt kifejezésre mind az anyag megmaradása, mind pedig a soha meg nem szűnő dinamizmus is. A dinamizmus konkrét okaként a kölcsönhatást tekintjük, amit ugyancsak - kölcsönhatási típusonként más és más - megmaradási illetve meg nem maradási tételek jellemeznek. A speciális fizikai rendszereknek a többitől való egzakt megkülönböztetésére (jobb szó híján) állapothatározók és állapotegyenletek szolgálnak.- További ismertető: "Belelapozás". - - - - TARTALOM:
Előszó 5
A FIZIKA ELVI ALAPJAI
A fizikai mennyiség (Fényes Imre) 17
A fizikai mennyiségek fogalmi meghatározása, skálatörvények, mérés 17
A fizikai mennyiségek függése a vonatkoztatási rendszertől (I.) 19
A fizikai mennyiségek függése a vonatkoztatási rendszertől (II.) 27
A fizikai egyenletek homogenitása, egységek, fizikai dimenziók. Extenzív és intezív mennyiségek 30
Fizikai szimmetria és ahsonlóság. Megmaradási tételek és modellek 34
A klasszikus és a relativisztikus fizika alapjai (Fényes Imre) 37
Tér, idő, mozgás. A Galilei- és Lorentz-transzformáció 37
Az euklidészi tér és a Minkowski-világ 41
Kinematika 44
Dinamikai alapfogalmak 49
Kiterjedt (összefüggő) anyagi rendszerek (A klasszikus térelmélet alapjai) 51
Mechanika (Fényes Imre) 60
PONTMECHANIKA 60
Az impulzustétel és a Newton-féle axiómák 60
Az energiatétel 62
Az impulzusmomentum tétele. Erőnyomaték 66
A tömegközéppont tétele. a mozgásegyenletek tíz integrálja 68
Gyorsuló koordinátarendszerek. Tehetetlenségi erők 70
Kényszerfeltételek. Kényszererők 74
A mechanika formális elvei. Kanonikus formalizmus 5
A MEREV TEST MECHANIKÁJA 80
KONTINUUMOK MECHANIKÁJA 85
Kontinuumok mechanikai deformációjának általános jellemzése 85
Szilárd testek mechanikai deformációja 92
Anizotrop kontinuumok (kristályok) szimmetriatulajdonságai 97
Az anyag kristályos és amorf állapota 97
A kristály projeciói 99
Szimmetriaoperációk 100
Kristályrendszerek és osztályok 107
A rugalmassági modulusoknak a kristályosztálytól függő tulajdonságai 108
Hullámmozgás. Az akusztika elvi alapjai 112
Folyadékok és gázok áramlása. Belső súrlódás és közegellenállás 116
Az ideális áramlás 121
Az elektromágneses tér (Fényes Imre) 128
Az elektromágneses tér általános jellemzése 128
Mérlegegyenletek, megmaradási tételek 132
Az elektromágneses tér jellemzése a Maxwell-egyenletekkel 138
Az elektrosztatikus és a magnetosztatikus tér 141
A stacionárius elektromágneses tér 145
A kvázistacionárius áram 148
A tetszőleges változású elektromágneses tér. Az elektromágneses sugárzás 152
Az elektrodinamika relativisztikus formája 157
A gravitációs tér (Fényes Imre) 163
A tömegvonzás Newton-féle elmélete. A sztatikus gravitációs tér 163
A bolygómozgás törvényei 165
A Föld nehézségi erőtere. A súlyerő 168
Az általános relativitás elmélete 171
Kvantumelmélet (Fényes Imre, Székely Sándor, Erdélyi Sándor, Nagy Tibor) 178
A KVANTUMELMÉLET ALAPJAI 178
A klasszikus fizika és a kvantumelmélet viszonya 178
Eseményalgebra. Klasszikus és kvantumlogika 180
A klasszikus és a kvantumfizika közös matematikai modellje 189
A kvantumelmélet teljes matematikai modellje: az absztrakt Hilbert-tér 193
Az állapot és a fizikai mennyiség jellemzése a kvantumelméletben. A kvantumelmélet valószínűségi jelentése 204
A felcserélési reláció 211
Kvantumfizikai rendszerek egyesítése és részekre bontása 218
Összefoglalás 221
KVANTUMMECHANIKA 221
Pontmechanikai mennyiségek operátorai 221
Dobozba zárt részecske. Szabad részecske 230
Téglatest doboz. Heisenberg-féle határozatlansági reláció. "Impulzus" doboz 230
A gömb-doboz. Az impulzusmomentum 236
A harmonikus lineáris oszcillátor 240
Mozgás centrális erőtérben. A hidrogén-atom 248
A mérési és a spontán folyamat viszonya. A dinamikai egyenlet 252
A "szemléletes" kvantummechanika 255
Közelítő számítási módszerek 263
TEREK ÉS ELEMI RÉSZEK KVANTUMELMÉLETE 268
A térmennyiségek operátor-reprezentációja 268
Kvantumelektrodinamika 269
Fok-reprezentáció, második kvantálás. Többtestprobléma 273
A Dirac-egyenlet; az elektrontér kvantálása 278
Heisenberg nem-lineáris elmélete 285
Az elemi részek 288
Az elemi részek szimmetriái és a kvarkok 300
Az SU(2)-szimmetria 301
Az SU(3)-szimmetria. A Sakata-modell és a "nyolcas út" 303
Kvarkok 306
Gyenge kölcsönhatások 309
Az atommagok Béta-bomlása. A neutrino és az antineutrino 309
Paritássértés 313
A müon bomlása és a kétféle neutrino. A nü-befogás 316
A hadronok leptonos bomlásai. Megmaradó vektoráram 318
A hadronok nemleptonos bomlásai. CP-sértés 323
Termodinamika (Fényes Imre) 328
FENOMENOLOGIKUS ELMÉLET 328
A termodinamika problémaköre 328
Az energetikai kölcsönhatások és jellemző extenzív mennyiségeik 329
A nulladik főtétel. A kölcsönhatásokat jellemző intenzív mennyiségek 332
A termodinamika első főtétele 335
A termodinamika második főtétele 337
Az entrópia 338
Empirikus és abszolút skálák 341
Homogén testek állapotváltozásainak energia és entrópia mérlege 344
A termodinamika fundamentális függvényei 347
Fázisjellemző (állapot-) mennyiségek 352
Az abszolút hőmérsékleti skála nullapontja. A III. főtétel. Negatív abszolút hőmérséklet 359
Az entrópiamaximum tétele, egyéb szélsőértéktételek. Alfa-paraméterek és általános erők 363
Homogén testek nem kompenzált kölcsönhatásai. Irreverzibilitás 375
Termodinamikai folyamatok az egyensúlyi állapot közelében 378
A dinamikai egyenletek integrációja az egyensúlyi állapot közelében 383
Konvektív és konduktív áramok kontinuumokban 387
Hatáfok, exergia 391
A TERMODINAMIKA KVANTUMELMÉLETI (STATISZTIKUS) MEGALAPOZÁSA 398
A termodinamika és a kvantumelmélet kapcsolata 398
A statisztikus operátor. Tiszta és keverék sokaság. Rejtett paraméterek 399
A belső energia és a jellemző extenzív mennyiségek operátora 402
A kvantummechanikai mérés és a termodinamika nulladik főtétele 404
A statisztikus tárgyalásmód formái. Statisztikus sokaságok 405
Az entrópia operátora és várható értéke 408
Az alapvető statisztikus sokaságok részletes jellemzése 411
Feltételes és keverési entrópia 413
Független molekulákból álló mikrokanonikus sokaság 414
Ingadozásjelenségek. Extenzív mennyiségek szórása 419
Az irreverzibilis folyamatok és a kvantumelmélet 421
A véletlen folyamatok irreverzibilitása 422
Variációszámítás, variációs elvek, szimmetriák (Erdélyi Sándor) 425
A variációs probléma megfogalmazása 426
A síkbeli, nem paraméteres probléma. A variációszámítás alaptétele 428
A Lagrange-módszer általánosabb esetekben 430
Variációs problémák mellékfeltételekkel 434
A variációszámítás direkt módszerei; a Ritz-féle módszer 436
A függő és független változók egyidejű variációja. Kanonikusan konjugált mennyiségpárok 437
Variációs probléma egy független és több függő változóval 437
Variációs probléma egy független és több függő változóval 441
Variációs probléma n független és k függő változó esetén 442
A Noether-tétel véges folytonos transzformáció-csoportokra. Klasszikus mechanikai n-test esetén 447
A Noether-tétel végtelen folytonos transzformáció-csoportokra 452
A fizika egyes fejezeteinek variációs elvei 454
Klasszikus pontmechanika 454
Relativisztikus pontmechanika 456
Klasszikus termodinamika 457
Potenciálos áramlás 458
Az elektromágneses tér 459
A gravitációs tér 460
Kvantummechanika 461
Kvantumtérelmélet 462
Irreverzibilis termodinamika 467
Szimmetriák és megmaradási tételek 468
A geometriai szimmetriacsoport 469
A dinamikai invarianciák 471
AZ ANYAG SZERKEZETE
Az atom (Fényes Imre) 477
A H-atom és a H-szerű elektronállapot 477
A periódusos rendszer és az atom héjmodellje 483
Az atomszínkép, ionizációs energia 490
Elektroncsoportok kvantumállapotai 494
A molekula (Fényes Imre) 498
Az atom héjszerkezete és a vegyérték. Ionos és kovalens kötés 498
A molekulák elektronszerkezete. 502
A vegyértékelmélet korlátai. Mezoméria 508
Az atommag (Fényes Imre) 511
Az atommag jellemző adatai 511
A radioaktivitás és a stabilitás 512
Kötési energia, tömegdefektus 514
Hasadás és fúzió 517
A héjmodell 519
A magerők 524
Ideális gázok (Székely Sándor) 529
Bevezetés 529
A makrokanonikus sokaság statisztikus operátora 529
Fermi-Dirac és Bose-Einstein statisztikák. Bose-kondenzáció 531
Fluktuációk ideális kvantumgázokban 534
Maxwell-boltzmann statisztika 536
Kvantumfolyadékok (Szépfalusi Péter) 540
Bevezetés 540
A He II folyadék energiaspektruma és a szuperfolyékonyság 541
A kétfolyadék hidrodinamika. Az első és a második hang 544
Bose-Einstein kondenzáció 546
A He3 folyadék. A kvázirészecskék eloszlásfüggvénye és energiája 549
A He3 folyadék állapotmennyiségei 551
Transzport tulajdonságok és kollektív gerjesztések 552
Plazmák (Erdélyi Sándor) 554
A plazma állapot 554
A magnetohidrodinamika alapegyenletei. Megmaradási tételek 558
Az ideális plazma. A mágneses tér "befagyása". Mágneses nyomás 562
A kisamplitúdójú magnetohidrodinamikai hullámok 565
A Pinch-effektus. Instabilitások 569
Kristályrácsok szimmetriatulajdonságai (Vasvári Ferenc) 572
A szimmetriatulajdonságok jelentősége 572
A tércsoport és az ábrázolás-elmélet alapfogalmai 572
A tércsoport irreducibilis előállításai, a Bloch-függvények 576
A tércsoport irreducibilis előálításai és a k vektor csoportja 578
Szimmetrizált hullámfüggvények a Brillouin-zóna szimmetriapontjaiban 581
Elektronok energiaspektruma szilárd testekben. A Fermi-felület (Vasvári Ferenc) 584
A soktestprobléma közelítő modelljei; az egyrészecske közelítés 584
Elektronállapotok szilárd testekben. A szabad elektron közelítés 585
A periodikus potenciáltér hatása 587
Az egyszerű pszeudopotenciálos közelítés 589
Modell Hamilton operátorok 593
Szilárd anyagok mágneses tulajdonságai (Zawadowsky Alfréd) 595
A mágneses polarizáció típusai 595
Paramágnesség 596
Diamágnesség 597
Mágnesesen rendeződő anyagok 599
Domének 600
Molekuláris-tér elmélet 602
A kicserélődési kölcsönhatás 604
Spinhullámok 607
Rácsdinamika (Székely Sándor) 608
Adiabatikus közelítés 608
A harmonikus közelítés 609
Periodikus határfeltétel 612
Normál-koordináták. Fononok 614
A szilárd testek fajhőjének Debye-féle elmélete 616
Vezetési elektronok dinamikája és a transzport jelenségek (Vasvári Ferenc) 618
Szabad elektronok külső elektromos és mágneses erőtérben 618
Periodikus potenciltérben mozgó elektronok dinamikája 621
A Boltzmann-egyenlet 623
Elektronpályák reális fémekben 624
Szupravezetés (Zawadowsky Alfréd) 629
Normális és szupravezetők 629
A London-egyenletek 631
A rácsrezgések szerepe a szupravezetés elméletében 632
A BCS-elmélet 633
A szupravezetők elektromágneses tulajdonságai 638
A Ginzburg-Landau elmélet 639
Különböző szupravezető mechanizmusok 642
A Josephson-effektus és a makroszkopikus fázis a szupravezetőkben 644
Félvezetők (Pataki György, Beleznai Ferenc) 645
A félvezetők sávszerkezete. Eneriganívók 645
A klasszikus transzportjelenségek 647
Egyéb folyamatok 648
Optikai tulajdonságok 650
Felületi jelenségek, kristályhibák 651
A félvezető-fém átalakulás 653
Elméleti modellek a félvezető-fém átalakulásra 653
A korreláció szerepe 653
A sávszerkezet tulajdonságain alapuló elméletek 654
Kísérletek félvezető-fém átmenetekkel 657
Kvantumelektronika (Pataki György) 660
Lézerek, mézerek 660
Szilárdtest-lézerek 661
Gáz-lézerek 662
Folyadék-lézerek 663
Szilárdtest plazmák (Pataki György) 665
Gáz- és szilárdtest plazmák 665
Plazmonok 666
Hullámok terjedése 667
Instabilitások 668
Fázisegyensúlyok, fázisátalakulások (Fényes Imre, Hargittai Csaba) 671
FENOMENOLOGIKUS MODELLEK 671
Bevezetés 671
Gázok 671
Fázisok egységes szempontú jellemzése 678
Kémiai anyag elektromágneses térben 679
A hőmérsékleti sugárzás 682
FÁZISEGYENSÚLYOK ÉS ÁTALAKULÁSOK ÁLTALÁNOS TÖRVÉNYEI 685
Kémiai és fázisátalakulások. Az átalakulási hő, affinitás 685
A kémiai és a fázisegyensúly 689
A fázisátalakulások rendűsége. Osztályozási szempontok 689
A Clapeyron- és az Ehrenfest-egyenlet 691
KRITIKUS JELENSÉGEK 693
A kritikus pont 693
Egyszerű példák a kritikus pontra 696
A folyadék-gáz fázisátalakulás kritikus pontja 696
A ferromágneses anyag Curie-pontja 698
A Landau-elmélet 699
A rendparaméter 699
Termodinamikai mennyiségek viselkedése a kritikus pont közelében 700
A fluktuációk kiszámítása a Landau-elméletben 702
A Landau-elmélet és az Ising-modell 705
A kritikus pont közelében való viselkedés leírására szolgáló elméletek konzisztenciájának kritériumai 709
A Landau-elmélet érvényességi köre 709
Összefüggések a kritikus exponensek között. Termodinamikai egyenlőtlenségek 710
Próbálkozások általános érvényű elmélet kiépítésére 711
A termodinamikai potenciál (fundamentális függvény) homogenitásának hipotézisa 711
A skálatörvények 714
Tárgymutató 718