相變(又稱物態變化,英語:Phase Transition)是指物質在外部參數(如:溫度壓力磁場等等)連續變化之下,從一種相(態)忽然變成另一種相,最常見的是變成和水變成蒸氣。然而,除了物體的三相變化(固態、液態、氣態)自然界還存在許許多多的相變現象,例如日常生活中另一種較常見的相變是加熱一塊磁鐵,磁鐵的鐵磁性忽然消失。其他在物理學中重要相變列舉如下:

物態變化表格
相變前的物態\相變後的物態 固體 液體 氣體 電漿體
固體 熔化 昇華
液體 凝固 汽化
氣體 凝華 液化 電離
電漿體 再結合

相變的種類编辑

第一個嘗試將相變加以分類的是奧地利數學家、物理學家保羅·埃倫費斯特。相变分为一级相变和二级相变甚至多级相变,从数学角度讲,一级相变的热力学函数连续,但其状态函數的一阶导数不连续。二级相变的热力学函数及其关于状态函數的一阶导数都连续,但其关于状态函數的二阶导数不连续。从理论角度来看,一级相变在相变发生时,两相之间有潜热和体积等跃变。二级相变在相变发生时,两相之间无潜热和体积跃变,但有热容跃变。

相變的特性编辑

對稱破缺编辑

對稱性破缺(symmetry breaking)系指物理學裡,在具有某種對稱性的物理系統之臨界點附近發生可能分岔中的一個分岔,打破了這物理系統的對稱性,並且決定了這物理系統的命運。例如當水溫降至接近冰點時,水中各處看起來皆相同,因此水系統具有空間上的對稱性,此時若某處的溫度振盪至低於冰點,便破壞了對稱性,且決定了所凝固之冰的結構。對於外在觀察者,不清楚有漲落(或熱噪聲)的存在,會覺得這選擇相當隨機或任意。在圖樣形成(pattern formation)裡,對稱性破缺占有重要角色。

對稱性破缺可以分為兩種:
明顯對稱性破缺:在描述物理系統的拉格朗日量或哈密頓量的數學表示里,存在明顯不具有某種對稱性的項。
自發對稱性破缺:描述物理系統的拉格朗日量或哈密頓量具有某種對稱性,但是物理系統的最低能量態(真空態)不具有此種對稱性。通常,這種對稱性破缺會具有一種有序參數。動力學對稱性破缺是這種對稱性破缺的特例。著名例子分別為標準模型中的希格斯機制、超導物理中的BCS理論。

序參量编辑

序參量是order parameter。

臨界指數和普適類编辑

临界指数是指,臨界點附近,定量描述物理量的臨界行為時所使用的指數常數。

例子编辑

参考文献编辑

  • Peskin Schroeder, Quantum Field Theory
  • Kardar, Statistical Theory of Fields
  • Kleiner, Critical properties of phi fourth theories
  • Zinn Justin, Critical phenomena

参见编辑