相变与临界现象
临界指数
假设你测量一块磁铁的磁性在你把它冷却到刚刚越过磁性初现的那一点时,增长得有多快。你会发现它并不是随便以某个速率增长,而是沿着一条精确的数学曲线——而单单一个数字,就掌管着那条曲线究竟有多陡。那个起支配作用的数字,就是临界指数。
在临界点附近,序参量、关联长度、材料的响应灵敏度这些量,并不是平滑地变化;它们会沿着幂律冲向零或冲向无穷——所谓幂律,是说一个量等于另一个量的某个固定次方。临界指数,正是那个次方。每一个指数刻画一种不同的行为:有序建立得多快、涨落长得多猛、某个量发散得多陡。把它们测出来,你就拿到了这次转变的一枚指纹。
临界指数之所以重要,是因为一个惊人的事实:它们的取值几乎完全不依赖那些杂乱的微观细节,而只取决于少数几个宽泛的特征,比如系统的维度。这正是普适性的核心。诚实的提醒是:这些干净的幂律只在非常靠近临界点时成立;一旦走开,寻常的、因材料而异的行为就又接管了局面。
当一块磁铁冷却到刚刚低于它的居里温度时,它的磁化强度大致按「比转变点低出的温度差」的约 0.33 次方增长。那个数字——指数——人们发现对许多差异很大的磁性材料竟然都一样,尽管它们的原子、间距和键各不相同。
单单一个临界指数就定下了磁化强度在居里点以下上升得有多快——而且它被许多材料所共享。
不同的指数按惯例用希腊字母来标记——分别对应序参量、关联长度、对外场的响应,等等。它们并非各自独立:深刻的标度关系把它们绑在一起,所以知道其中两三个,往往就能推出其余的。
又称
另见