анизотропная среда

АНИЗОТРОПНАЯ СРЕДА - среда, макроскопические свойства которой различны в различных направлениях, в противоположность среде изотропной, где они не зависят от направления. Формально анизотропия однородной безграничной среды означает неинвариантность её свойств относительно группы вращений. Поскольку у реальной среды обычно есть границы, при строгом подходе к определению анизотропии необходимо иметь в виду не абстрактную безграничную среду, а сделанный из этой среды макроскопически однородный шар. Среду следует считать анизотропной, если существует экспериментально обнаружимый поворот вокруг центра указанного шара.

Анизотропия среды может быть обусловлена несколькими причинами: анизотропией образующих её частиц, анизотропным характером их взаимодействия (дипольным, квадрупольным и др.), упорядоченным расположением частиц (кристаллич. среды, жидкие кристаллы), мелкомасштабными неоднородностями (см., напр., Текстура ).В то же время анизотропные или анизотропно взаимодействующие частицы могут образовывать изотропную среду (напр., аморфные вещества или газы и жидкости, в к-рых изотропия обусловлена хаотич. движением и вращением частиц). А. с. может образоваться под действием внеш. полей, ориентирующих или деформирующих частицы. Даже физ. вакуум во внеш. полях (эл--магн., гравитац. и др.) поляризуется и ведёт себя как А. с. Физ. поля и вещество искривляют само пространство-время, к-рое приобретает анизотропные гравитац. свойства.

Анизотропные свойства сплошной среды описывают тензорными величинами; в неоднородной А. с. они меняются от точки к точке. Среды, анизотропные для одного класса явлений, могут вести себя как изотропные по отношению к др. классу. Так, механич. свойства кристаллич. поваренной соли NaCl анизотропны (её упругость различна вдоль рёбер и диагоналей кубической решётки), тогда как тепловые и оптич. свойства изотропны с высокой степенью точности. В изотропной среде соответствующие тензоры сводятся к единичным.

А. с. обычно классифицируют по типу симметрии их структуры, к-рая характеризуется распределением частиц в пространстве и корреляцией между ними. Это связано с тем, что симметрия любого физ. свойства не может быть ниже симметрии структуры среды (Неймана принцип ).В случае трёхмерного упорядочения частиц (кристаллич. решётка) существуют всего 32 точечные группы симметрии А. с. (кристаллич. классы). Если же пространственное упорядочение частиц является только двумерным (одномерным) или отсутствует вовсе (жидкие кристаллы и анизотропные жидкости), то число типов симметрии А. с. возрастает и определяется, напр., взаимной корреляцией между ориен-тациями частиц. Такие фазовые состояния вещества, промежуточные между кристаллом и изотропной жидкостью, наз. мезоморфными состояниями.

Др. типом нарушения симметрии среды, отличным от анизотропии, является гиротропия. Среда гиротропна, если её свойства меняются при зеркальных отражениях. Свойства гиротропных сред описываются псевдотензорными величинами (см. Псевдотензор).

С анизотропией (и гиротропией) связаны разнообразные явления. Однородная А. с. оказывает существенное влияние на свойства распространяющихся в ней нормальных волн, определяя, в частности, их поляризацию и различие направлений распространения волнового (фазового) фронта и энергии волн (см. также Кристаллооптика и Двойное лучепреломление ).В неоднородной А. с. может происходить линейное вз-действие поляризов. волн (см. Линейное взаимодействие волн ),приводящее к перераспределению энергии между нормальными волнами, но не нарушающее суперпозиции принцип .Последний нарушается в случае нелинейного взаимодействия волн, к-рое в А. с. также обладает своеобразными анизотропными свойствами (см. Нелинейная оптика и Нелинейная акустика). См. также Анизотропия, Магнитная анизотропия, Оптическая анизотропия.

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Статистическая физика, ч. 1, 3 изд., М., 1976; Най Д ж., Физические свойства кристаллов..., пер. с англ., 2 изд., М., 1967; Сиротин Ю. И., Шаскольская М. П., Основы кристаллофизики, 2 изд., М., 1979; Современная кристаллография, под ред. Б. К. Вайнштейна, т. 1-4, М., 1979-81; Пикин С. А., Структурные превращения в жидких кристаллах, М., 1981. В. В. Кочаровский, Вл. В. Кочаровский.

   <<      Предметный указатель      >>