Метастабильное состояние (в термодинамике)

Метастабильность на примере шарика в яме

Метастабильное состояние (от мета… и лат. stabilis — устойчивый), состояние неустойчивого равновесия физической системы, в котором система может находиться длительное время.

Метастабильные состояния широко встречаются в природе и используются в науке и технике. С существованием метастабильных состояний связаны, например, явления магнитного, электрического и упругого гистерезиса, образование перенасыщенных растворов, закалка стали, производство стекла и т. д.

В термодинамике

Метастабильные состояния соответствуют одному из минимумов термодинамического потенциала системы при заданных внешних условиях. Устойчивому (стабильному) состоянию отвечает самый глубокий минимум. Однородная система в метастабильном состоянии удовлетворяет условиям устойчивости равновесия термодинамического C_P > C_V > 0, (dP / dV)_T < 0, относительно малых возмущений физических параметров (энтропии, плотности и др.). При достаточно больших возмущениях система переходит в абсолютно устойчивое состояние. Большой класс метастабильных состояний связан с фазовыми переходами 1-го рода (кристалл $\leftrightarrow$ жидкость $\leftrightarrow$ газ).

В квантовых системах

Метастабильные состояния в квантовых системах — состояние с временем жизни (τ), много большим характерного времени жизни возбуждённых состояний ($~10^{-8}$ с) атомной системы. Обычно метастабильными считают возбуждённые состояния, излучательные (радиационные), переходы из которых в другие состояния запрещены строгими правилами отбора. Метастабильные состояния отличаются типом переходов, которые для них возможны: магнитный, дипольный, электрический, квадрупольный, двухфотонный и другие переходы.

Литература

• Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Статистическая физика. Часть 1. — («Теоретическая физика», том V).^{издание?}

Ссылки

Статья в БСЭ