(от лат. oscillo - качаюсь)
физическая система, совершающая колебания. Термином "О." пользуются для любой системы, если описывающие её величины периодически меняются со временем.
Классический О. - механическая система, совершающая колебания около положения устойчивого равновесия.
В положении равновесия потенциальная энергия
U системы имеет минимум. Если отклонения
х от этого положения малы, то в разложении
U (
x) по степеням
х можно считать
U (
x) =
kx 2/2 (
k - постоянный коэффициент); при этом
Квазиупругая сила F =
. Такие О. называются гармоническими, их движение описывается линейным уравнением
, решение которого имеет вид
х =
A sin (ω
t + φ), где
m - масса О.,
- частота,
А - амплитуда колебаний, φ - начальная фаза,
t - время. Полная энергия гармонического О.
Е =
mω
2А2/2 - это сумма периодически меняющихся в противофазе кинетической
Т и потенциальной
U энергий;
Е =
Т +
U не зависит от времени. Когда отклонение
х нельзя считать малым, в разложении
U (
x) необходим учёт членов более высокого порядка - уравнение движения становится нелинейным, а О. называется ангармоническим.
Понятие О. применяется также к немеханическим колебательным системам в электромагнетизме, акустике, теории тяготения и т.д. Наиболее часто встречающийся электрический О. - колебательный контур, содержащий индуктивность и ёмкость. Колебания напряжённостей электрических и магнитного полей в плоской электромагнитной волне также можно описывать с помощью понятия О.
Квантовый О. В квантовой механике (См.
Квантовая механика) задача о линейном (с одной степенью свободы) гармонический О. решается с помощью Шрёдингера уравнения (См.
Шрёдингера уравнение), в котором потенциальная энергия полагается равной
U =
kx 2/2. При этом оказывается, что решение существует лишь для дискретного набора значений энергии
,
n = 0, 1, 2, ..., где
ħ -
Планка постоянная. Важной особенностью энергетического спектра О. является то, что уровни энергии
En расположены на равных расстояниях. Т. к.
Отбора правила разрешают в данном случае переходы только между соседними уровнями, то, хотя квантовый О. имеет набор собственных частот ω
n=
En /
ħ, излучение его происходит на одной частоте ω, совпадающей с классической:
. В отличие от классического О., наименьшее возможное значение энергии (при
n = 0) квантового О. равно не нулю, а
ħω /2 (
Нулевая энергия).
Понятие О. играет важную роль в теории твёрдого тела, в теории электромагнитного излучения, в теории колебательных спектров молекул.
Лит.: Ландау Л. Д., Лившиц Е. М., Механика. Электродинамика, М., 1969 (Краткий курс теоретической физики, кн. 1), гл. 5; их же, Теория поля, 5 изд., М., 1967 (Теоретическая физика, т. 2); их же, Квантовая механика, М., 1963 (Теоретическая физика, т. 3); Леонтович М. А., Статистическая физика, М. - Л., 1944.
В. П. Павлов.