| нерации и приёма электромагнитных колебаний СВЧ, удалось получить и начать исследование частот Г. ~ 1011 ги,.
Частоте 109 гц; в воздухе при нормальном атм. давлении и комнатной темп-ре соответствует длина волны Г. 3,4*10-5 см, т. е. эта длина одного порядка с длиной свободного пробега молекул в воздухе при этих условиях. Поскольку упругие волны могут распространяться в упругой среде только при условии, что длины этих волн заметно больше длины свободного пробега в газах (или больше межатомных расстояний в жидкостях и твёрдых телах), то в воздухе и газах при нормальном атм. давлении гиперзвуковые волны не распространяются. В жидкостях затухание Г. очень велико и дальность распространения мала. Сравнительно хорошими проводниками Г. являются твёрдые тела в виде монокристаллов, но гл. обр. лишь при низких темп-pax. Так, напр., даже в монокристалле кварца, отличающемся малым затуханием упругих волн, на частоте
1,5*109 гц продольная гиперзвуковая волна, распространяющаяся вдоль оси X кристалла, при комнатной темп-ре ослабляется по амплитуде в 2 раза при прохождении расстояния всего в 1 см. Однако имеются проводники Г. лучше кварца, в к-рых затухание Г. значительно меньше (напр., монокристаллы сапфира, ниобата лития, железо-иттриевого граната и др.).
Долгое время гиперзвуковые волны не удавалось получать искусств, путём (в этом одна из причин выделения этой области спектра упругих волн, названной "гиперзвуком"), поэтому изучали Г. теплового происхождения. Твёрдое кри-сталлич. тело можно представить как нек-рую объёмную пространств, решётку, в узлах к-рой расположены атомы или ионы. Тепловое движение представляет собой непрерывные и беспорядочные колебания этих атомов около положения равновесия. Такие колебания можно рассматривать как совокупность продольных и поперечных плоских упругих волн самых различных частот - от самых низких собственных частот упругих колебаний данного тела до частот 1012-1013 гц (далее спектр упругих волн обрывается), распространяющихся по всевозможным направлениям. Эти волны наз. также дебаевскими волнами, или тепловыми фононами.
Фонон представляет собой элементарное возбуждение решётки кристалла или квазичастицу с энергией hv и импульсом hv/c, где v - частота, с - скорость звука в кристалле и h - постоянная Планка. Фонону соответствует плоская упругая волна определ. частоты подобно тому, как фотону соответствует плоская электромагнитная волна определённой частоты. Тепловые фононы имеют широкий спектр частот, тогда как искусственно получаемый Г. может иметь к.-н. одну определ. частоту. Поэтому искусственно генерируемый Г. можно представлять как поток когерентных фононов (см. Когерентность). В жидкостях тепловое движение имеет характер, близкий к характеру теплового движения в твёрдых телах, поэтому в жидкостях, как и в твёрдых телах, тепловое движение непрерывно генерирует некогерентные гиперзвуковые волны.
До того как стало возможным получать Г. искусств, путём, изучение гиперзвуковых волн и их распространения в жидкостях и твёрдых телах проводилось гл. обр. оптич. методом. Наличие Г. теплового происхождения в оптически прозрачной среде приводит к рассеянию света с образованием неск. спектральных линий, смещённых на частоту Г. v, т. н. Мандельштама - Бриллюзна рассеяние. Исследования Г. в ряде жидкостей привели к открытию в них зависимости скорости распространения Г. от частоты и аномального поглощения Г. (см. Дисперсия звука).
Совр. методы генерации и приёма Г. основываются гл. обр. на использовании явлений пьезоэлектричества (возникновения электрич. зарядов на поверхности пьезоэлектрич. кристалла, напр, на пластинке кварца, вырезанной определ. образом под действием механич. деформации, и, наоборот, деформация кристалла, помещённого в электрическое поле) и маг-нитострикции (изменения формы и размеров тела при намагничивании и изменения намагниченности при деформации).
Одним из наиболее распространённых методов генерации Г. является возбуждение Г. с поверхности пьезоэлектрич. кристалла. Для этого последний своим торцом помещается в ту часть резонатора, где имеется макс, напряжённость электрич. поля СВЧ; если кристалл - не пьезоэлектрик, то на его торец наносится тонкая пьезоэлектрич. плёнка, напр, из сернистого кадмия. Под действием электрич. поля СВЧ возникает переменная деформация с той же частотой, к-рая распространяется по кристаллу со скоростью Г. в виде продольной, или сдвиговой, волны. При этом источником этой волны служит сама торцовая поверхность кристалла. В свою очередь, механич. деформация вызывает на поверхности кристалла появление электрич. заряда и, следовательно, подобным же образом может осуществляться приём Г.
При распространении упругих волн в кристаллах диэлектриков, не содержащих свободных носителей зарядов, эти волны затухают благодаря их нелинейному взаимодействию с тепловыми фононами. Характер этого взаимодействия, а следовательно, и характер затухания зависят от частоты распространяющихся волн. Если частота невелика (область ультразвука), то волна только нарушает равновесное распределение тепловых фононов, к-рое благодаря случайным неупругим столкновениям их между собой затем восстанавливается; при этом происходит потеря энергии волны. В случае высоких гиперзвуковых частот происходит непосредств. нелинейное взаимодействие Г., искусственно получаемого, и Г. теплового происхождения; когерентные фононы неупругим образом сталкиваются с тепловыми фононами и передают им свою энергию, что в данном случае и определяет потерю энергии Г. С понижением темп-ры тепловые фононы "вымораживаются", их становится меньше. Соответственно этому затухание ультразвука и Г. при понижении темп-ры существенно понижается.
При распространении Г. в кристаллах полупроводников и металлов, где имеются электроны проводимости, кроме взаимодействия Г. с тепловыми фононами, имеет место взаимодействие Г. с электронами. Упругая волна, распространяющаяся в таких кристаллах, почти всегда несёт с собой со скоростью звука локальное электрич. поле. Это связано с тем, что волна деформирует кристаллич. решётку, смещая атомы или ионы из их положения равновесия, что приводит к изменению внутрикристаллич. электрич. полей. Возникшие электрич. поля изменяют движение электронов проводимости и их энергетич. спектр. С другой стороны, если почему-либо происходят изменения состояния электронов проводимости, то изменяются внутрикристаллич. поля, что вызывает деформации в кристалле. T. о., взаимодействие электронов проводимости с фононами сопровождается поглощением или испусканием фононов.
Изучение затухания Г. в металлах на электронах проводимости позволяет исследовать важные характеристики металлов (времена релаксации, поверхность Ферми, энергетическую щель в сверхпроводниках и др.).
Взаимодействие между искусственными, или когерентными, фононами и электронами становится существенным в области ультразвуковых и особенно в области гиперззуковых частот в полупроводниках, обладающих пьезоэлектрич. свойствами (напр., кристалл сернистого кадмия, в к-ром взаимодействие между фононами и электронами проводимости очень сильно). Если к кристаллу приложить постоянное электрич. поле, величина к-рого такова, что скорость электронов будет несколько больше скорости упругой волны, то электроны будут обгонять упругую волну, отдавая ей энергию и усиливая её, т. е. будет происходить усиление упругих волн. Взаимодействие между когерентными фононами и электронами приводит также к акустоэлектрическому эффекту - явлению, к-рое состоит в том, что фононы, отдавая свой импульс электронам, создают в кристалле постоянную эдс и постоянный электрич. ток. В случае, когда электроны отдают энергию упругой волне, акусто-эдс также возникает, однако имеет противоположный знак.
Рассматривая взаимодействие Г. с электронами, следует принять во внимание тот факт, что электрон, кроме массы и заряда, обладает ещё собств. механич. моментом (спином) и связанным с ним магнитным моментом, а также орбитальным магнитным моментом (см. Атом). Между орбитальным магнитным моментом и спином имеет место спин-орбитальное взаимодействие: если меняется наклон орбиты, несколько меняется и направление спина. Прохождение Г. подходящей частоты и поляризации может вызвать изменение магнитного состояния атомов. Так, при частотах Г. порядка 10'° гц в кристаллах парамагнетиков (см. Парамагнетизм) взаимодействие Г. со спин-орбитальной системой выражается, напр., в явлении акустического парамагнитного резонанса (АПР), аналогичного электронному парамагнитному резонансу (ЭПР) и состоящего в избират. поглощении Г., обусловленном переходом атомов с одного магнитного уровня на другой. При помощи АПР оказывается возможным изучать переходы между такими уровнями атомов в парамагнетиках, к-рые являются запрещёнными для ЭПР.
Используя взаимодействие когерентных фононов со спин-орбитальной системой, можно в парамагнитных кристаллах при Низких темп-pax усиливать и генерировать гиперзвуковые волны на принципе, сходном с тем, на к-ром работают квантовые генераторы (см. Квантовая электроника). В магнитоупорядоченных кристаллах (ферромагнетики, антиферромагнетики, ферриты) распространение гиперзвуковой волны вызывает появление спиновой волны (изменения магнитного момента, передающиеся в виде волны) и, наоборот, спиновая волна вызывает появление гиперзвуковой волны. T. о., один тип волн порождает другой, поэтому в общем случае в таких кристаллах распространяются не чисто спиновые и упругие волны, а связанные магнитно-упругие волны.
Взаимодействие Г. со светом проявляется, как упоминалось выше, в рассеянии света на Г. теплового происхождения, но эффективность этого взаимодействия очень мала. Однако применив мощный источник света (напр., импульс мощного рубинового лазера), можно получить заметное усиление падающим светом упругой волны. В результате можно генерировать интенсивную гиперзвуковую волну в кристалле мощностью неск. десятков кет. В свою очередь, усиленная упругая волна будет в большей степени рассеивать падающий свет, так что при определ. условиях интенсивность рассеянного света может быть одного порядка с падающим; это явление наз. вынужденным рассеянием Мандельштама-Бриллюэна.
T. о., свойства Г. позволяют использовать его как инструмент исследования состояния вещества. Особенно велико его значение для изучения физики твёрдого тела. В области технич. применений, развитие к-рых только начинается, уже сейчас существенно его использование для т. н. акустич. линий задержки в области СВЧ (ультразвуковые линии задержки).
В. А. Красильников.
ГИПЕРИОН (греч. Hyperion), спутник планеты Сатурн. Диаметр ок. 500 км, расстояние от Сатурна 1 480 000 км. Открыт в 1848 Дж. Бондом. См. Спутники планет.
ГИПЕРКАПНИЯ (от гипер... к греч. kapnps - дым), повышенное парциальное давление (и содержание) CO2 в артериальной крови (и в организме). Встречается при недостаточности внеш. дыхания различного происхождения, при асфиксии (удушье), при избытке CO2 в окружающей среде.
ГИПЕРКЕРАТОЗ (от гипер.... и греч. keras, род. падеж keratos - рог, роговое вещество), чрезмерное развитие рогового слоя кожи человека. Г. может быть вызван внешними (длит, давление, трение, действие смазочных масел и т. п.) и внутренними (нарушение функции эндокринных желез, гиповитаминоз А, проф. интоксикации) факторами. Г. проявляется образованием роговых пластинок, различной величины узелков, выступов, шипов; кожа становится сухой, потоотделение уменьшается. Г. может сопровождаться образованием болезненных трещин (ладони, подошвы). Г. бывает ограниченным (мозоли, бородавки, кера-трмы) и диффузным, распространяющимся на большие поверхности или весь кожный покров (ихтиоз). Лечение: содовые или мыльные ванны, витаминотерапия, растворяющие роговое вещество леч. средства.
ГИПЕРКИНЕЗ (от гипер... и греч. kinesis - движение), чрезмерные насильственные непроизвольные движения, появляющиеся при органич. и функциональных поражениях нервной системы. Г. возникают обычно при поражениях коры головного мозга, подкорковых дви-гат. центров или стволовой части мозга. К Г. относят атетоз, хорею, дрожат, паралич, миоклонию (короткое вздрагивание мышцы или мышечного пучка с молниеносным темпом сокращения) и др.
ГИПЕРКОМПЛЕКСНЫЕ ЧИСЛА, обобщение понятия о числе, более широкое, чем обычные комплексные числа. Смысл обобщения состоит в том, чтобы обычные арифметич. действия над такими числами одновременно выражали нек-рые геометрич. процессы в многомерном пространстве или давали количеств, описание к.-л. физич. законов. При попытках построить числа, к-рые играли бы для 3-мерного пространства ту же роль, какую играют комплексные числа для плоскости, выяснилось, что здесь не может быть полной аналогии; это привело к созданию и развитию систем Г. ч.
Г. ч. представляют собой линейные комбинации (с действит. коэффициентами x1, x2, ..., xn) нек-рой системы е1, е2, ...,еn "базисных единиц":
подобно тому, как комплексные числа x + iy являются линейными комбинациями двух "базисных единиц": действит. единицы 1 и мнимой единицы г. Для того чтобы использовать Г. ч., надо в первую очередь установить правила арифметич. действий над ними. Сложение и вычитание Г. ч., очевидно, получают однозначное определение, если для новых чисел сохранить обычные правила арифметики; именно, компоненты x1, x2, ..., Xn "базисных единиц" должны соответственно складываться или вычитаться. Истинное значение проблемы отчётливо выступает только при установлении правила умножения; для установления почленного перемножения Г. ч. вида (*) приходят к необходимости установить значения n2 произведений eiеk (i = 1, 2, ..., n; k = l, 2, ..., n). Задача состоит в том, чтобы этим произведениям приписать значения вида (*), сохраняющие в силе все обычные правила арифметич. операций. Этому требованию удовлетворяет (кроме простейшего случая действительных чисел) единственная система Г. ч.- система комплексных чисел. При установлении же всякой другой системы Г. ч. необходимо отказаться от того или иного правила арифметики; обычно такими правилами, терпящими нарушение, оказываются: однозначность результата деления; переместительность умножения; правило, в силу к-рого равенство нулю произведения двух чисел влечёт за собой обращение в нуль, по крайней мере, одного из сомножителей, и т. п. Важнейшая система Г. ч. - кватернионы - получается при отказе от коммутативности (переместительности) умножения и сохранения остальных свойств сложения и умножения.
Лит.: Математика, ее содержание, методы и значение, т. 3, M., 1956, гл. 20.
ГИПЕРМЕТАМОРФОЗ (от гипер... и греч. metamorphosis - превращение), сложный способ развития нек-рых насекомых (нарывников, веероносцев и нек-рых др. жуков, веерокрылых, сет-чатокрылых, мух-жужжал' и нек-рых перепончатокрылых), при к-ром строение и образ жизни личинок разных возрастов резко различаются. В первом возрасте личинки активно передвигаются, расселяются, но не питаются. Питающиеся личинки старших возрастов обитают в спе-цифич. среде (в теле насекомого-хозяина при паразитизме, в запасах пищи пчёл и т. д.). Иногда переход от одной активной формы к следующей требует перестройки, при к-рой личинка не питается и неподвижна (ложнокуколка, аналогичная куколке). М. С. Гиляров.
ГИПЕРМЕТРОПИЯ (от гипер... и Греч, metron - мера и ops, род. падеж opos- глаз), нарушение зрения; то же, что дальнозоркость.
ГИПЕРМОРФОЗ (от гипер... и греч. morphe - вид, форма), гипертелия, сверхспециализация, тип филогенетич. развития, ведущий к нарушению отношений организма со средой вследствие гипертрофии отд. органов (напр., клыков у ископаемого саблезубого тигра - махайрода, рогов у гигантского оленя, клыков у совр. кабана - бабируссы и т. п.). Частный случай Г.- общее увеличение размеров тела, ведущее к нарушению корреляций отд. органов. Г.- показатель отставания эволюции организма от изменений условий существования; при значит, проявлении ведёт к вымиранию.
Лит.: Шмальгаузен И. И., Пути и закономерности эволюционного процесса, М. -Л., 1940.
ГИПЕРНЕФРОМА (от гипер... и греч. nephros - почка и -ота - окончание в названиях опухолей), опухоль, развивающаяся из клеток коры надпочечников (истинная Г.) или эпителия почечных канальцев (см. Почки). Истинная Г. обычно доброкачественная, проявляется извращением вторичных половых признаков (гирсутизм, вирилизм и др.), гипертонией и повышением темп-ры тела, у детей - преждевременной половой зрелостью. Лечение хирургическое. Г. почки, опухоль Граница, почечноклеточный рак - зло-качеств, опухоль, исходящая из эпителия почки. Впервые описана нем. патологом П. А. Гравицем в 1883. Встречается чаще у мужчин в возрасте 40- 60 лет. Лечение хирургическое.
Лит.: Шапиро И. Н., Опухоли почек, лоханок и мочеточников, в кн.: Многотомное руководство по хирургии, отв. ред. Б. В.Петровский, т. 9, М., 1959.
В. М. Вертепова, В. Г. Цомык.
ГИПЕРОНЫ (от греч. hyper - сверх, выше), тяжёлые нестабильные элементарные частицы с массой, большей массы нуклона (протона и нейтрона), обладающие барионным зарядом и большим временем жизни по сравнению с "ядерным временем" Известно несколько типов Г.: лямбда
омега [значки-, О, + справа сверху у символа частиц означают соответственно отрицательно заряженную, нейтральную и положительно заряженную частицы]. Все Г. имеют спин 1/2, кроме , спин к-рого, согласно теоретич. представлениям, должен быть равен 3/2 (т. е. Г. являются фермионалш). Г. участвуют в сильных взаимодействиях, т. е. принадлежат к классу адронов. Время жизни Г. порядка 10-10 сек (за исключением к-рый, по-видимому, имеет время жизни порядка 10-20 сек); за это время они распадаются на нуклоны и лёгкие частицы (я-мезоны, электроны, нейтрино).
Г. были открыты в космических лучах англ, физиками Рочестером и Бат-лером в 1947, однако убедит, доказательства существования Г. были получены к 1951. Детальное и систематич. изучение Г. стало возможным после того, как их начали получать на ускорителях заряженных частиц высокой энергии при столк новениях быстрых нуклонов, я-мезонов и К-мезонов с нуклонами атомных ядер. Открытие Г. существенно расширило физич. представления об элементарных частицах, поскольку были впервые открыты частицы с массой, большей нуклонной, и установлена |
