Вещество при сверхвысоких температурах и сверхвысоких плотностях.Металлический водород

Как известно, в обычных условиях (скажем, при атмосферном давлении) водород состоит из молекул, кипит при Tь =20,3 К и затвердевает при Тт =14 K. Плотность твердого водорода р=0,076 г/см 3 и он является диэлектриком. Однако при достаточно сильном сжатии, когда внешние атомные оболочки оказываются раздавленными, все вещества должны переходить в металлическое состояние. Грубую оценку плотности металлического водорода можно получить, если считать, что расстояние между протонами порядка боровского радиуса. для металлического водорода дебаевская температура примерно 3000 К. Под давлением металлический водород может перейти в жидкое состояние еще до достижения равновесного давления (давления, при котором сосуществуют металлический и молекулярный водород). К сожалению, попытки получить металлический водород в квазиравновесных условиях связаны с необходимостью создать в некотором объеме давления, превосходящие 1-2 Мбар. Известные же материалы, включая алмаз, не выдерживают, вообще говоря, таких нагрузок, и поэтому очень трудно сделать камеру, в которой водород сжимался бы до нужного давления. Один из интересных путей преодоления этой трудности связан с получением сверхвысоких давлений в области небольшого контакта между заостренной (конусообразной) и плоской «наковальнями», сделанными из алмаза или на основе алмаза.

6.5.3Уравнение состояния вещества при больших плотностях.Карликовые белые звёзды

Для звезд с массой ниже некоторой критической гравитационное сжатие останавливается на стадии так называемого “белого карлика”. Плотность белого карлика больше 10⁷ г/см³, температура поверхности ~ 10⁴K. При столь высокой температуре атомы должны быть полностью ионизованы и внутри звезды ядра должны быть погружены в море электронов, образующих вырожденный электронный газ. Давление этого газа препятствует дальнейшему гравитационному коллапсу звезды. Давление вырожденного электронного газа имеет квантовую природу. Оно возникает как следствие принципа Паули, которому подчиняются электроны. Принцип Паули устанавливает предельный минимальный объем пространства, который может занимать каждый электрон. Внешнее давление не в состоянии этот объем уменьшить. В белом карлике все электроны достигли минимального объема и гравитационное сжатие уравновешено внутренним давлением электронного газа.При плотностях вырожденный нейтронный газ станет ультрарелятивнстским, а уравнение состояния будет определяться формулой

Следует, однако, иметь в виду, что при плотностях порядка плотности вещества ядер становятся существенными специфические ядерные силы (сильное взаимодействне нуклонов). В этой области значений плотности формула может иметь лишь качественный смысл.Нельзя сдедать сколько-нибудь определенных заключений о состоянии вещества при плотностях, значительно превосходящих ядерную.