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臨界現象
本詞條是多義詞，共2個(gè)義項
臨界現象（critical phenomenon）是指物質(zhì)處在臨界狀態(tài)及其附近具有的特殊的物理性質(zhì)和現象。1869年T.安德魯斯研究二氧化碳氣、液兩相 密度差時(shí)發(fā)現，溫度在31.04℃時(shí)氣、液密度趨同，兩相界限消失，取名為臨界狀態(tài)。
基本信息
| 外文名 | critical phenomenon |
基本內容
臨界指數
1907年P(guān).外斯提出用分子場(chǎng)理論解釋鐵磁性，這是一種描述特殊相變的平均場(chǎng)理論。1937年L.朗道提出用序參量描述相變形式的理論，特別是他與V.京茨堡建立的超導唯象波函數理論。1945—1965年大量精確的實(shí)驗測量證實(shí)，在臨界點(diǎn)附近物質(zhì)特性的物理量與溫度 之間的關(guān)系均可寫(xiě)成
，
稱(chēng)為臨界指數。這些指數與平均場(chǎng)理論不符。1966年L.卡達諾夫指出標度概念的重要性，在臨界點(diǎn)附近粒子之間的關(guān)聯(lián)、漲落起重要作用。1971年K.威耳孫用量子場(chǎng)論中重正化群方法，對卡達諾夫的物理概念進(jìn)行了數學(xué)表述，論證了實(shí)驗上總結出的臨界現象的標度律和普適性，計算出符合實(shí)驗的臨界指數。威耳孫為此獲得了1982年諾貝爾物理學(xué)獎。
朗道理論
冰化為水，水變成水蒸氣都需要吸熱，相反的過(guò)程伴隨放出熱量，這是一級相變。在相變點(diǎn)兩相的化學(xué)勢相等，但化學(xué)勢的一級偏導數代表的物性有突變。二級相變又稱(chēng)連續相變，物質(zhì)兩相的化學(xué)勢及其一級偏導數相等，但二級偏導數有突變。固體中居里點(diǎn)的鐵磁－順磁相變、在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)金屬正常態(tài)－超導態(tài)相變都是二級相變。
連續相變時(shí)體系的對稱(chēng)性往往發(fā)生改變，處在高溫相的對稱(chēng)性高，處在低溫相的對稱(chēng)性低。朗道用序參量描述這兩相的差異，高溫相的序參量
，低溫相的序參量
。在氣－液臨界點(diǎn)的相變中序參量ψ可選為兩相密度差ρ－ρ，或比容差v－v，式中l、g分別代表液相和氣相，ψ為實(shí)數。對于金屬正常態(tài)－超導態(tài)的相變，序參量
為超導電子有效波函數，
代表超導電子密度，是復數。朗道認為系統的自由能F
在相變點(diǎn)附近可用序參量展開(kāi)成冪函數：
〈 〉表示統計平均值。當 
較大時(shí)
漸近于
，
稱(chēng)為關(guān)聯(lián)長(cháng)度，的臨界行為是：
而關(guān)聯(lián)函數本身的行為漸近于：
其中 是系統的空間維數。另外，序參量 隨壓力 的變化也有它的臨界行為，當
時(shí)，
。一共有九個(gè)臨界指數。平均場(chǎng)理論給出的結果與實(shí)驗值存在微小差異，可見(jiàn)平均場(chǎng)理論還有不足之處。
標度律和重正化群
卡達諾夫強調標度變換的重要性，他用標度變換，導出九個(gè)臨界指數間有七個(gè)相互滿(mǎn)足的關(guān)系式。所以，九個(gè)臨界指數中只有兩獨立指數，其他七個(gè)可由這些關(guān)系式導出。但為什么可用標度變換的物理思想還沒(méi)有弄清。
1971年威耳孫認識到標度變換體現了重正化群的基本思想，它可不必通過(guò)復雜的配分函數解決統計物理中的相變，而是探索能使配分函數保持不變的變換性質(zhì)，抓住相變的主要特征。具體做法分兩個(gè)步驟：①由于T趨于T時(shí)，關(guān)聯(lián)長(cháng)度ξ趨于無(wú)限大，元胞可用一定尺度的集團代替，集團中序參量平均值替代元胞的序參量。集團之間相互作用以有效作用代替。②進(jìn)行標度變換使其與原來(lái)模型一致。這兩個(gè)步驟合起來(lái)用變換R表示。R一般是非線(xiàn)性變換。如此相繼進(jìn)行R'=RR'變換。這些變換組稱(chēng)為重正化群。最后在變換中的不動(dòng)點(diǎn)同連續相變聯(lián)系起來(lái)，給出臨界點(diǎn)相變的特征。
理論說(shuō)明
從熱力學(xué)的觀(guān)點(diǎn)看，液氣共存對應于液相和氣相的化學(xué)勢相等，兩相的比容不等；關(guān)于相變的理論中，臨界現象是在連續相變點(diǎn)鄰近的現象（見(jiàn)相和相變、固體中的相變）。固體中有許多連續相變現象。連續相變往往是由于體系的對稱(chēng)性改變，如位移型結構相變中是點(diǎn)陣的空間群改變；磁相變是晶體磁群改變；超導相變是規范對稱(chēng)性改變（見(jiàn)超導微觀(guān)理論）。通?？梢远x一個(gè)或幾個(gè)序參量來(lái)描述連續相變。它們在一個(gè)相（通常是對稱(chēng)性高的相）為零，在另一個(gè)相（通常是對稱(chēng)性低的相）不為零，而在相變點(diǎn)為零。相變時(shí)序參量連續變化。在氣－液臨界點(diǎn)的相變中，序參量可選為兩相的密度差或比容差；在鐵磁－順磁相變中可選固體的磁化強度，等等。借助于重正化群理論，可以比較好地分析臨界現象，說(shuō)明了空間維數與臨界指數的普適關(guān)系。從研究臨界現象發(fā)展起來(lái)的一系列新的概念與理論方法不僅對連續相變理論，而且對凝聚態(tài)物理與統計物理的許多分支，以及量子場(chǎng)論和粒子物理學(xué)都有深刻的影響。
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