Лекция 10. Значение физики как целостного фундамента естествознания Квазичастичный метод

Квазичастичный метод заключается в следующем. Если энергию системы квантовых объектов можно представить как сумму энергии основного состояния и энергии возмущений, распространяющихся в системе, то каждое такое возмущение будет рассматриваться как некая частица, некий квантовый объект, который и называется квазичастицей.

 И так, что собой представляет квазичастица? Если мы вложим в твердое тело энергию, большую, чем энергия связи кристаллической решетки (другими словами, переведем твердое тело в газообразное состояние), и проанализируем те частицы, которые у нас получатся, то обнаружим молекулы, атомы, ионы, электроны и не получим никаких фононов, магнонов, экситонов.

 Идея квазичастиц позволяет решить задачу о поведении многочастичных систем при малых уровнях возбуждения, т.е. с их помощью можно объяснить многие свойства твердых тел, используя квазичастицы как некие структурные элементы для микроскопического описания изучаемых феноменологических зависимостей. Можно пойти дальше: поставить эксперименты, которые позволяют наглядно убедиться в их существовании (например, гальваномагнитные измерения, позволяющие определять знак заряда и эффективную массу носителей заряда в твердых телах, рассеяние света на фононах и т.д.).

 Созданию квазичастичного метода предшествовала большая история развития приближенных методов.

 Основой физической картиной мира классической физики является механическая картина мира (МКМ). Строго говоря, это утверждение не совсем верно, так как в конце прошлого столетия стали проглядываться контуры другой картины мира — электромагнитной. Она должна была бы заменить механическую. Но в то время эта задача не была решена в общем виде, а позже произошли события (образование квантово-механической картины Мира), которые отодвинули ее в сторону. Поэтому последовательной электромагнитной картины Мира так и не было построено. Все это позволяет в рамках классической физики рассматривать только МКМ.

 Впервые квазичастица была введена в работе И.Е. Тамма «О квантовой теории молекулярного рассеяния света в твердых телах». В ней была предпринята попытка последовательного квантово-механического описания эффекта молекулярного рассеяния света в твердых телах. Появлению этой работы предшествовало довольно длительное развитие.

 Будучи создан в рамках ФТТ и в первую очередь для ее нужд, метод квазичастиц оказался универсальным средством изучения любых систем достаточно сильно взаимодействующих многих частиц. Он нашел применение в физике плазмы, физике атомного ядра.

 В последнее время его с большим успехом применяют для описания эволюции Вселенной на ранних стадиях сверхплотного состояния. Эта универсальность – следствие очень общей структуры взаимодействия в микромире, и в этом смысле метод квазичастиц, являясь вполне конкретным, обнаруживает ряд черт общенаучных методов.