1tom - 0461.htm
513
нейтронов и протонов, заканчивающиеся образованием *Не. Синтез более тяж╦лых элементов не происходит, т. к. ядро 4Не не присоединяет к себе нейтроны и др. имеющиеся частицы. В результате почти все нейтроны войдут в состав ядер 4Не, что даст относительно содержание *Не по массе ок. 25% от массы всего вещества. Оставшиеся протоны составляют по массе ок. 75%. Примесь др. элементов пренебрежимо мала. Вещество с таким составом позже образует небесные тела, в частности зв╦зды первого поколения (см. Эволюция зв╦зд}.
После первых пяти минут все ядерные реакции во Вселенной прекращаются. Вещество продолжает расширяться и остывать. В эту эпоху длина свободного пробега фотонов очень мала, т. к. плазма для них непрозрачна. Давление РИ препятствует образованию к.-л. изолированных объектов под действием сил тяготения.
Спустя примерна 300 тыс. лет плазма остывает до r«;40UO К, электроны объединяются с протонами и плаами превращается в нейтральный газ. Этот газ прозрачен для реликтовых фотонов, давление РИ не влияет на состояние газа. С этого момента под действием гравитац. сил в веществе начинается рост отдельных уплотнений (см. Гравитационная неустойчивость), из к-рых затем образуются небесные тела ≈ формируется структура Вселенной (см. Космология, Крупномасштабная структура Вселенной},
Совр, теория предполагает, что наряду с открытыми частицами в формировании структуры Вселенной мог участвовать и ряд гипотетических пока частиц. Они, вероятно, сегодня также должны присутствовать во Вселенной как и реликтовые фотоны и нейтрино. Прямое обнаружение таких частиц пока невозможно, т. к. они крайне слабо взаимодействуют с обычным веществом и могут проявлять себя только через тяготение (см. Скрытая масса).
Важные, пока ещ╦ не совсем ясные процессы протекали вблизи сингулярного состояния материи в самом начале расширения (при плотностях, близких к т, н. плаиковскоп плотности ~ 10м г/см3). Здесь при очень больших энергиях частиц объединялись, по-видимому, все виды физических взаимодействий (см. Великое объединение), квантовые процессы были существенны в масштабах всей Вселенной. В ходе рас. лшрения могли происходить фазовые превращения материи, связанные с расщеплением единого взаимодействия на отдельные составляющие (см. Раздувающаяся Вселенная). Т. о., в Г. В. т. есть ещ╦ много нереш╦нных проблем, гл. обр. относящихся к начальным стадиям расширения и к образованию небесных тел. Тем не менее, осн. положения теории, описанные выше, над╦жно установлены и подтверждены наблюдениями.
Лит.: Зельдович Я. Б., Новиков И, Д., Строение и эволюция Вселенной, М., 1975; Пиблс П., Физическая космология, пер. с англ., М., 1975; ВейнбергС., Гравитация и космология, пер. с англ., М., 1975; его же, За рубр.жон первых грех минут, «УФН», 1981, т. 134, с. 333
И. Д, Новиков.
ГОРЙЧИБ ЭЛЕКТРОНЫ (горячие дырки) ≈ подвижные носители заряда в полупроводнике или металле, энергетич. распределение к-рых смещено относительно равновесного при данной теми-ре Т в сторону больших энергий (рис, 1). Носители заряда становятся «горячими», напр., при протекании электрич. тока под действием достаточно сильного пост, или перем. электрич. поля: при этом поле ускоряет большее число носителей, чем тормозит, в результате чего всей электронной системе в целом сообщается дополнит, энергия. Рост энергии электронов ограничен передачей энергии Г. э. фононам при рассеянии электронов па них (см. Рассеяние носителей заряда). При каждом значении энергии ╦ уменьшение в единицу времени числа п{&) электронов с энергиями, меньшими £, под действием ускоряющего электрич. поля компенсируется (в стацио-дарных условиях) таким же увеличением п(£) под
действием рассеяния электронов на фононах. Это равенство определяет вид ф-ции распределения Г. э. по энергиям.
Степень «разогрева» Г. э. характеризуется увеличением их ср. энергии <£> по сравнению с равновесным значением (равным для невырожденного электронного
Рис, 1. Распределение электронов (а случае невырожденного электронного газа) по энергиям: 1 ≈ равновесная функция распределения (болъцмаиовская); 2 ≈ распределение Г. э. (при той нее концентрации) при рассеянии их на длинноволновых акустич. фононах в &лект-
рич. поле Е = Е =2У2/д s/д; З ≈в электрич. поле Е = 2К ∙ 4 ≈в электрич. поле Е = ЗЕ
{значение равновесной функции распределения
при £/АТ = 0 принято равным 1).
S/kT
газа 3/2 kT}. Оно зависит от напряж╦нности пост, электрич. поля Е (или амплитудного значения при перем. поле), подвижности носителей заряда и. и скорости передачи энергии фононам. Эта скорость характеризуется временем те релаксации анергии (за время te Г. э. «остывают» после выключения электрич. поля). Время тй определяет также инерционность процесса разогрева Г. э. в пером, электрич. поле. По порядку величины увеличение энергии равно:
Ш
<£>≈
(1)
где е ≈ заряд электрона. Характерная напряж╦нность £р поля, при к-рой эффекты разогрева становятся значительными (ср. энергия <£> увеличивается примерно на kT), равна:
При темп-pax порядка Дебая температуры Э/> и выше (T^Qf)), когда значительно рассеяние носителей заряда на фононах с энергией порядка /гбд (в частности, на оптич. фононах), время релаксации в типичных полупроводниках т^Ю~п с, а характерное поле Е?~ ~103 В/см. Если же Г-сОр и энергии носителей малы по сравнению с йбр, то носители заряда не могут ни поглощать, ни испускать оптич. фононы и рассеивают энергию только на длинноволновых акустич, фононах. Из законов сохранения энергии и кваэиимпулъса следует, что изменение энергии £ носителя заряда в одном акте рассеяния (равное энергии фонона частоты
Q)'r nQ^y 8m*s2£, где т* ≈ эффективная масса электрона, s ≈ скорость звука. В типичных случаях Hm*s2/k~l К и, следовательно, m*ss<;<?, так что относит, изменение энергии носителя заряда при рассеянии очень мало. Если к тому же 1iQ<g:kT, то вероятность испускания фонона и уменьшения энергии носителя лишь ненамного превосходит вероятность поглощения фонона, при к-ром энергия носителя увеличивается. В этом случае изменение энергии носит диффузионный характер: носитель заряда то испускает, то поглощает фононы. Малое относит, изменение энергии носителя при каждом соударении и малое превышение вероятности испускания фонона над вероятностью его поглощения, т. н. эффекты малой пеупругости столкновений с акустич. фононами, приводят к тому, что энергия носителей эффективно рассеивается лишь за большое число столкновений, В результате тг~(kT/m*s*) тр, где тр ≈ время между столкновениями носителей заряда с фо-нонаыи; подвижность (Л≈етр/т*. Время %е достигает 3 -10~: с в InSb гс-типа при темп-ре 4≈6 К; характерное электрич. поле в этом случае £р~0,1 В/см.
Электронная температура. Если при низких темп-pax
(Г<0д) частота меж электронных соударений (тг╦1)» ,, 0 эффективно перераспределяющих энергию между Г. э., 519
")
}
