相變與臨界現象
臨界漲落
想像一群拿不定主意該坐還是該站的人。在遠離任何提示時,只有寥寥幾個在這兒那兒坐立不安。可正當整群人在一個決定上搖擺不定的那一刻,突然的浪潮席捲而來——整片整片的人以無法預料的波動一起起立、又一起坐下。這種正處於轉變邊緣的、躁動的大尺度搖擺,就是物理學家所說的臨界漲落。
遠離轉變時,序參量守著一個穩定的值,只有微小的、局部的抖動。當臨界點被逼近時,那些抖動在幅度和波及範圍上都長大了:一片片序參量在其平均值的上方和下方劇烈擺動,而一起擺動的那些片變得極其龐大,與那不斷攀升的關聯長度相匹配。系統變得極度優柔寡斷,一瞬間在某個區域看起來有序、在另一個區域又看起來無序,處處都沒有一個定下來的答案。
臨界漲落之所以重要,是因為它們正是臨界與尋常物理如此不同的根由:它們是朗道那類簡單平滑理論恰好在轉變處失效的原因,也是為什麼需要重整化群的原因。一個有用的澄清:這些並不是噪聲或實驗誤差。它們是真實的、內稟的,是臨界行為本身的實質——是一個拿不定主意的系統所顯露出的、看得見的顫抖。
臨界乳光,就是臨界漲落被看見的樣子。在流體的臨界點附近,那些一瞬間比平均更密、或更稀的區域,膨脹到了與一個光波長相當的尺度;流體在這些閃爍的團塊上散射光線,於是變成乳白——你看到的,確確實實就是這種物質在漲落。
臨界乳光:密度漲落長到了光的尺度,讓清澈的流體泛起乳白的光。
漲落在任何溫度下都存在,但只有在臨界點附近,它們才長得大到足以主宰整個物理。這正是為什麼把漲落平均掉的朗道平均場理論,在遠離轉變時表現良好,卻恰好在轉變處給出錯誤的指數。
又稱
另見