Metastability (hat ein langer gelebt, aber nicht aufrichtig unbestimmte Stabilität), beschreibt die verlängerte Dauer des bestimmten durch komplizierte Systeme erworbenen Gleichgewichts, wenn er ihren den grössten Teil des stabilen Zustands nach einer Außenhandlung verlässt.

Die Rahmen solcher "aufgeregten" Systeme können schließlich erreichen und stationäre Werte halten (ein Metastable-Staat), aber dann, nach einer langen Zeit, (spontan oder unter einer geringen Außenhandlung) werden Rahmen anfangen, sich wieder zu ändern.

In Bezug auf die klassische Mechanik kann ein Ball, der unten einen Hang rollt und dann völlig am Rand eines Simses anhält, anfangen, wieder zu niedrigeren Ebenen als Ergebnis von kleinen katastrophalen Neuordnungen zu rollen.

Das metastability Konzept entsteht in der Physik von Phase-Übergängen der ersten Ordnung später, um neue Bedeutungen in der Studie von angesammelten subatomaren Partikeln (in Atomkernen oder in Atomen) oder in Molekülen, Makromolekülen oder Trauben von Atomen und Molekülen zu erwerben. Später wurde es für die Studie der Beschlussfassung und Informationssendesysteme geliehen.

Viele komplizierte natürliche und künstliche Systeme können metastability demonstrieren.

• In der Physik und Chemie ist es in Systemen schwach aufeinander wirkender Partikeln - von einem Atom (Vielkörperzusammenbau) zu statistischen Ensembles von Molekülen (klebrige Flüssigkeiten, amorphe Festkörper, flüssige Kristalle usw.) an molekularen Niveaus oder als Ganzes am meisten überwiegend (sieh "metastable Phasen der Sache" und "Korn-Stapel" unten). Der Überfluss an Staaten ist mehr überwiegend, weil die Systeme größer wachsen, und/oder wenn die Kräfte ihrer gegenseitigen Wechselwirkung räumlich weniger gleichförmig oder verschiedener sind.
• In dynamischen Systemen (mit dem Feed-Back) wie elektronische Stromkreise, geben Sie Schwarzhandel, decisional Systeme und neuroscience Zeichen - es ist das Zeit-Invariance der aktiven oder reaktiven Muster in Bezug auf die Außeneinflüsse, das Stabilität und metastability definiert (sieh "Gehirn metastability" unten). Hier ist die Entsprechung von den Thermalschwankungen das "weiße" Geräuschbeeinflussen der Signalfortpflanzung und der Beschlussfassung.

Quant-Mechanik

findet, haben angesammelte Systeme von subatomaren Partikeln — wie beschrieben, durch die Quant-Mechanik (Quarke innerhalb der Nukleonen und Nukleonen innerhalb der Atomkerne, elektronischen Systeme von Atomen innerhalb von Molekülen oder Atomtrauben) — viele (eine Reihe), dessen unterscheidbare Staaten nur ein unbestimmt stabil sind: der Boden staatliches oder globales Minimum.

Alle anderen Staaten außer dem 'Boden-Staat' haben höher, 'aufgeregte' Energien. Aller dieser anderen Staaten sind metastable diejenigen, Lebenszeiten habend, die mindestens 10 bis 10mal längerer dauern, als das kürzeste Staaten des Satzes gelebt hat.

Ein Metastable-Staat wird dann lange (lokal stabil in Bezug auf Konfigurationen von 'benachbarten' Energien), aber nicht ewig gelebt (wie das globale Minimum ist). - einer Energie 'Aufgeregt' zu sein, schätzt über dem 'Boden' - es wird zu schließlich 'de-excite' haben. Tatsächlich, über der absoluten 0 K Temperatur, haben Staaten ganzen Systems, metastable oder nicht, eine Nichtnullwahrscheinlichkeit, um schließlich 'zu verfallen' oder auf den Boden-Staat über den Tunnelbau wegen innerer Thermalschwankungen (in 'der Position' und 'Geschwindigkeit') spontan zu fallen.

Kernphysik

Einige energische Staaten eines Atomkerns (verschiedene Raummasse, Anklage, Drehung, isospin Vertrieb habend), werden sehr länger gelebt als andere (Kernisomers desselben Isotops).

Atomare und molekulare Physik

Einige Atomenergie-Niveaus sind metastable. Übergänge von diesen Niveaus sind normalerweise diejenigen, die durch elektrische Dipolauswahlregeln "verboten" sind". Das bedeutet, dass irgendwelche Übergänge von diesem Niveau relativ kaum vorkommen werden. Gewissermaßen wird ein Elektron, das sich zufällig in einer metastable Konfiguration findet, dort gefangen. Natürlich, da Übergänge weg von einem Metastable-Staat nicht unmöglich sind (bloß kaum), wird das Elektron schließlich im Stande sein, zu einem weniger energischen Staat durch die spontane Emission zu verfallen. Dieses Eigentum wird von in Lasern Gebrauch gemacht.

Wenn das Licht der passenden Wellenlänge auf Atomen, ihrem Elektronsprung zu einem höheren Energiestaat fällt. Wenn die eingehenden Radiationen entfernt werden, geht das aufgeregte Elektron zu seinem ursprünglichen Niveau innerhalb einer Dauer von 10 Sekunden zurück. Jedoch, wenn ein Elektron zu einem Metastable-Staat geht, bleibt es dort für eine relativ längere Dauer von 10 Sekunden. Dieses Phänomen führt zu Anhäufung von Elektronen im Metastable-Staat, da die Rate der Hinzufügung von Elektronen zum Metastable-Staat höher ist als die Rate ihrer De-Erregung. Das führt zum Phänomen genannt Bevölkerungsinversion, die die Basis der faulenzenden Handlung von Lasern bildet.

Chemie

In chemischen Systemen kann ein System von Atomen oder Molekülen, die eine Änderung im chemischen Band einschließen, in einem Metastable-Staat sein, der seit einem relativ langen Zeitraum der Zeit dauert. Molekülschwingungen, die erwartet sind zu heizen, machen chemische Arten an der energischen Entsprechung von der Spitze eines runden Hügels sehr kurzlebig. Metastable stellt fest, dass seit vielen Sekunden andauern (oder Jahre) in energischen Tälern gefunden werden, die nicht das niedrigstmögliche Tal sind (weisen Sie 1 in der Illustration hin).

Die Stabilität oder metastability eines gegebenen Moleküls hängen teilweise von seiner Umgebung, einschließlich der Temperatur, des Drucks und der Anwesenheit von Katalysatoren oder Impfkristallen (im Fall von einem System des festen Zustands) ab. Die Anwesenheit einer flüssigen Schicht kann helfen, Übergänge zwischen Kristallstaaten zu erleichtern. Der Unterschied zwischen dem Produzieren eines Stalls gegen die metastable Entität kann wichtige Folgen haben. Für Beispiele, den falschen Kristall habend, kann polymorph auf Misserfolg eines Rauschgifts während in der Lagerung zwischen Fertigung und Verwaltung hinauslaufen.

Reaktionszwischenglieder sind sehr kurzlebig, und sind wirklich aber nicht "metastable" thermodynamisch nicht stabil. Der IUPAC empfiehlt, sich auf diese als "vergänglich" aber nicht "metastable" zu beziehen.

Metastability wird auch verwendet, um sich auf spezifische Situationen in der Massenspektrometrie und spectrochemistry zu beziehen.

Elektronsysteme in der Biochemie

Die Evolution des Vielkörperquant-Systems zwischen seinem charakteristischen Satz von Staaten kann unter Einfluss der folgenden Außenhandlungen sein:

• Die Umgebung kann chaotisch auf das System handeln und Unklarheit zu allen Zustandenergien hinzufügen (während sie ihre Lebenszeiten vermindert) — als im geisterhaften Linienerweitern.
• Genauso gut können 'widerhallende' Außenhandlungen das System in einen niedrigeren zusammenhaltenden Energiestaat 'anstoßen', während sie es einen inneren Betrag oder Quanten seiner Energie — als in den stimulierten Emissionen veröffentlichen lassen.
• Wechselweise können katalytische Außenfelder von Kräften einige der Barrieren (Kämme kurz glatt machen, die angrenzende Täler trennen) in der potenziellen Landschaft des Systems, und ihm Tunnel durch helfen, Energiestaaten zu senken (sieh Image oben).
• Letzt, aber nicht zuletzt, unter dem Einfluss von Thermal- oder Richtungsaußenhandlungen, können einige Systeme (sieh Makromolekül-Komplexe Vereinigung des Enzyms-cofactor einschließen), seit äußerst langen Zeiträumen der Zeit unter einer bestimmten Untergruppe ihrer Staaten (alle wandern, verschiedene Konfigurationen außer Energieunterschieden innerhalb der Thermalschwankungsreihe habend). Als solcher werden die Enzyme in eine biochemische Reaktionsfolge mit einer anfänglichen Konfiguration eingehen, durch seine viele Schritte als Katalysatoren leisten, während sie unaufhörlich verdrehen werden, und schließlich diese Reaktionsfolge in derselben Konfiguration verlassen, wie sie darin, bereit eingegangen sind, wieder zu leisten.

Statistische Physik und Thermodynamik

Nichtgleichgewicht-Thermodynamik ist ein Zweig der Physik, die die Dynamik von statistischen Ensembles von Molekülen über nicht stabile Staaten studiert. In einem thermodynamischen Trog "Durchstochen" zu werden, ohne am niedrigsten Energiestaat zu sein, ist bekannt als, "kinetisch beharrlich" zu sein. Die besondere "Bewegung" oder "Kinetik" der beteiligten Atome sind hinausgelaufen "durchstochen" zu werden, trotz, dort vorzuziehend (niedrigere Energie) Alternativen zu sein.

Phasen der Sache

Phasen von Metastable der Sache erstrecken sich davon, Festkörper zu schmelzen (oder Flüssigkeiten einzufrieren), Flüssigkeiten kochend (oder sich gasses verdichtend) und Festkörper zu unterkühlten Flüssigkeiten oder überhitzten Flüssig-Gasmischungen sublimierend. Äußerst reines, unterkühltes Wasser bleibt Flüssigkeit unter 0 °C und bleibt so, bis angewandte Vibrationen oder Samen-Doping kondensierend, Kristallisierungszentren beginnen werden.

Kondensierte Sache und Makromoleküle

In der Physik des festen Zustands ist Diamant eine Metastable-Form von Kohlenstoff bei der Standardtemperatur und dem Druck. Es kann zum Grafit (plus die übrige kinetische Energie), aber nur nach der Überwindung einer Aktivierungsenergie - ein vorläufiger Hügel umgewandelt werden. Martensite ist eine metastable Phase, die verwendet ist, um die Härte vom grössten Teil von Stahl zu kontrollieren. Die Obligationen zwischen den Bausteinen von Polymern wie DNA, RNS und Proteine sind auch metastable.

Sandpiles sind ein System, das metastability ausstellen kann, wenn ein steiler Hang oder Tunnel da sind. Sand-Körner bilden einen Stapel wegen der Reibung. Es ist für einen kompletten großen Sand-Stapel möglich, einen Punkt zu erreichen, wo es stabil ist, aber die Hinzufügung eines einzelnen Kornes veranlasst große Teile davon zusammenzubrechen.

Die Lawine ist ein wohl bekanntes Problem mit großen Stapeln des Schnees und der Eiskristalle auf dem steilen Hang. In trockenen Bedingungen handelt Schnee-Hang ähnlich zu sandpiles. Ein kompletter Bergabhang des Schnees kann wegen der Anwesenheit eines Skifahrers, oder sogar eines lauten Geräusches oder des Vibrierens plötzlich gleiten.

Elektronische Stromkreise

Metastability in der Elektronik wird gewöhnlich als ein Problem gesehen. Ein sich ändernder Stromkreis soll sich in eine einer kleinen Anzahl von gewünschten Zuständen "niederlassen", aber wenn der Stromkreis für metastability verwundbar ist, kann es in einem unerwünschten Staat "durchstochen" werden.

Rechenbetonter neuroscience

Metastability im Gehirn ist ein Phänomen, das in rechenbetontem neuroscience studiert wird, um aufzuhellen, wie der Menschenverstand Muster anerkennt. Der Begriff "metastability" hier wird eher lose gebraucht. Es gibt keine "niedrigere Energie" Staat, aber es gibt halbvergängliche Signale im Gehirn, die eine Zeit lang andauern und verschieden sind als der übliche Gleichgewicht-Staat.

Siehe auch

• Magnetische Trägheit