Физическая энциклопедия - вырождение

в квантовой механике, заключается в том, что нек-рая физ. величина L, характеризующая данную систему (атом, молекулу и т. п.), имеет одинаковое значение для разл. состояний системы. Число таких разл. состояний, к-рым отвечает одно и то же значение L, наз. кратностью вырождения данной величины. В квант. механике важнейшим случаем явл.

В. уровней энергии системы, когда система имеет определ. значение энергии, но при этом может находиться в нескольких разл. состояниях. Напр., для свободной ч-цы существует бесконечнократное В. энергии: энергия частицы определяется лишь численным значением импульса, направление же импульса может быть любым (т. е. может быть выбрано бесконечным числом способов). В данном примере •явственно проявляется связь между В. и физ. симметрией системы; здесь эта симметрия есть равноправие всех направлений в пр-ве. При движении ч-цы во внеш. поле В. существенно связано со структурой этого поля, с тем, какими св-вами симметрии оно обладает.

Если поле сферически симметрично, т. е. если в нём сохраняется равноправие направлений, то направления орбит. момента кол-ва движения, магн. момента и спина ч-цы (напр., эл-на в атоме) не могут влиять на значение энергии ч-цы (атома). Следовательно, и здесь существует В. уровней энергии. Однако если поместить такую систему в магн. поле Н, то направление магн.

момента m начинает сказываться на значении её энергии; совпадавшие прежде значения энергии разл. состояний (с разными направлениями m) оказываются теперь различными: вследствие вз-ствия магн. момента ч-цы с магн. полем ч-ца получает дополнит. энергию mHН, значение к-рой зависит от взаимной ориентации магн. момента и поля (mH проекция m на направление поля H, к-рая в квант.

механике может принимать лишь дискр. ряд значений). Происходит «расщепление» уровней энергии, т. е. снятие В., полное или частичное (когда кратность В. лишь уменьшается), в зависимости от конкретных условий. Такое расщепление уровней энергии (атомов, молекул, кристаллов) в магн. поле наз. Зеемана эффектом. Расщепление уровней бывает и во внеш.

электрич. поле (см. ШТАРКА ЭФФЕКТ). Т. о., снятие В. обусловлено «включением» подходящих вз-ствий. Т. к. наличие В. говорит о существовании в системе нек-рых симметрии, то снятие В. происходит при таком изменении физ. условий, в к-рых находится система, когда порядок этих симметрии понижается. В приведённом выше примере система первоначально обладала сферич.

симметрией (в ней не было выделенных направлений); включение внешнего пост. магн. поля выделило направление направление поля, симметрия системы понизилась и стала аксиальной, т. е. симметрией относительно оси, направленной вдоль поля. При «выключении» вз-ствия, напротив, повышается симметрия системы и появляется В. Это важно для классификации элементарных частиц.

Напр., если пренебречь эл.-магн. и слабым вз-ствиями («выключить» их), то св-ва нейтрона и протона оказываются одинаковыми и их можно рассматривать как два разл. (зарядовых, т. е. отличающихся лишь электрич. зарядом) состояния одной ч-цы нуклона. Состояние нуклона в этом случае двукратно вырождено. .