基礎與物質的狀態

集體行為

/ kuh-LEK-tiv bee-HAY-vyur /

看看體育場裡觀眾做「人浪」:人們輪流起立、坐下,一道巨大的波紋便繞著看台席捲而過。沒有哪一個人就是那道浪——浪是整片人群一起做出來的。當物質裡的許多粒子像這樣協同起來時,我們就稱之為集體行為。

集體行為,是指極大量的粒子以協調一致的方式運動或響應,於是這一群幾乎像一個整體在行動。晶體裡的原子能以同步的波紋一起振動;金屬裡的電子能整齊劃一地來回湧動;磁體裡的磁自旋能全部排成一列。關鍵在於,這種協調本身可以表現得像一個新的實體,擁有自己的速度、能量和規則。

這之所以重要,是因為材料大多數引人注目的性質——聲音、磁性、導電、超導——都是集體效應,而非任何孤立原子的所為。一個微妙卻強大的想法是:物理學家常把這些協調的運動當作新的粒子來處理,稱為準粒子,這就讓原本複雜到令人絕望的一大群原子重新變得可以駕馭。

聲音在鋼軌裡的傳播,是純粹的集體行為:沒有哪個原子從一端跑到另一端;相反,每個原子推一推它的鄰居,這種協調的推力便沿著鋼軌接力傳下去,成為一道你能聽到的波。

聲音是推力的協調接力,並非原子一路跑到底。

集體行為並不需要粒子之間有任何新的力;它源自粒子早已具備的那些普通相互作用,只不過是在極其大量的粒子之間同時上演罷了。

又稱
collective phenomena集体现象集體現象