понятие

обертон

Более высокочастотная гармоническая составляющая основного колебания, аналогичная более тяжёлым частичным состояниям.
7 статей

Описание

Обертон — это компонента колебательной системы с более высокой частотой, кратная основной частоте. В акустике обертоны придают музыкальным инструментам их тембр — скрипка и флейта, играющие одну и ту же ноту, звучат по-разному из-за различий в наборе обертонов. В физике это понятие распространяется и на квантовые системы: например, колеблющаяся струна или молекула имеет основную моду и обертоны с более высокими энергиями.

История

Понятие обертонов известно с древности в музыке, но математическое описание началось с Даниила Бернулли в XVIII веке, который решил задачу о колебаниях струны. В квантовой физике обертоны были объяснены квантованием колебательных состояний в начале XX века.

Как это работает

Когда система колеблется, она может совершать колебания не только на своей самой низкой собственной частоте (основной), но и на кратных ей частотах. Эти более высокие моды называются обертонами (второй обертон — это удвоенная основная частота и т.д.). В квантовой механике обертоны соответствуют переходам между энергетическими уровнями, пропускающим промежуточные состояния, и часто проявляются как более слабые спектральные линии на более высоких частотах. Они важны в спектроскопии, поскольку позволяют исследовать ангармонизм молекулярных потенциалов.

Где применяется

Обертоны используются при конструировании музыкальных инструментов, в спектроскопии для изучения молекулярной структуры и ангармонизма, а также в лазерной технике, где удвоение и утроение частоты позволяет получать новые длины волн.

Любопытный факт

В контексте чёрных дыр «обертоны» относятся к дополнительным частотам «звона» после слияния — они были зарегистрированы детектором LIGO и служат проверкой общей теории относительности Эйнштейна.

Граф понятий →

Статьи по теме · 7

Космические струны: эхо рождения Вселенной
В первые доли секунды после Большого взрыва Вселенная была ареной стремительных перемен. Представьте натянутую резиновую пленку, которая быстро остывает и покрывается микроскопическими трещинками. Похожий процесс в космическом масштабе мог породить космические струны — тончайшие, но сверхплотные нити энергии, протянувшиеся через всю Вселенную.
Квантовый разговор гравитона с детектором
Массивный алюминиевый цилиндр весом в тонну висит в вакууме. Сквозь него проходит гравитационная волна — рябь пространства-времени, — и брусок начинает едва заметно дрожать. Эту дрожь можно услышать как звук: гравитационная волна превращается в фонон — квант звуковых колебаний.
Спектральный эффект бабочки в толстых бранах
Детекторы гравитационных волн работают как чуткие микрофоны, улавливающие дрожь пространства от далёких космических катастроф. После того как две чёрные дыры сливаются в одну, новорождённый объект звенит, словно колокол, и этот звон — уникальный «голос» гравитации.
Атомная физика2026-04-011 минarXiv:2604.01099экспресс
Часы, которые слышат тишину
Атомные часы — это маятник, который тикает с частотой света. Внутри ловушки висит ион алюминия, и лазер щупает его, как камертон. Если частота лазера совпадает с собственной частотой атома, тот откликается. По этому отклику и сверяют ход часов. Долгое время расчёты точности велись так, будто у атома есть только два состояния: основное и возбуждённое.
Как услышать скрытые состояния кристалла
Кристалл CeB6 похож на шкатулку с секретом: внутри него электроны могут занимать четыре почти одинаковых положения, как четыре кресла вокруг стола. Пока никто не смотрит, электрон словно сидит сразу на всех четырёх. Это скрытое состояние физики называют квадрупольным, и оно влияет на магнитные свойства, но увидеть его напрямую трудно.
Медицинская физика2026-02-161 минarXiv:2602.14803экспресс
Как звук света ускоряет снимки тела
Лазерный луч падает на кожу, и ткани отвечают едва слышным ультразвуковым эхом. По этому эху врачи видят сосуды и опухоли без разрезов. Но прежде чем картинка появится на экране, сигнал нужно очистить от шума — как повар снимает пену с бульона, чтобы суп стал прозрачным.