1982
年诺贝尔物理学奖
—?/p>
相变理论
238
1982
年诺贝尔物理学奖
—?/p>
相变理论
1982
年诺贝尔物理学奖授予美国纽约州伊萨卡康奈尔大学的
K.
威耳?/p>
?/p>
Kenneth G.Wilson
?/p>
1936
?/p>
?/p>
,以表彰他对与相变有关的临界现象所作的理论?/p>
献?/p>
在日常生活中?/p>
也可从经典物理学中,
我们知道?/p>
物质可以存在于不同的?/p>
中?/p>
我们还知道,
如果改变压强或温度之类的参数?/p>
就会发生从某一相到另一?/p>
的转变。只要足够地加热,液体就会变成气体,也就是从液相转变为气相。金?/p>
达到一定的温度会熔化,
永久磁体达到一定温度会失去磁性?/p>
这些只是几个关于
相变的大家熟悉的简单例子?/p>
物理学中相变的研究经历了很长的时间?/p>
人们对很多系统进行过研究?/p>
相变
的特点往往是某些物理特性的数值发生突变,
也有一些情况是变化比较平稳?/p>
?/p>
如,在临界点上液态和气态之间的相变,铁、镍、钴之类的金属从铁磁性转变为
顺磁性,
其变化过程就比较平稳?/p>
这些平稳的相变在临界点附近往往会出现一?/p>
典型的反常性?/p>
当接近临界温度时?/p>
有些量会超过极限值?/p>
这些反常性通常称为
临界现象。当接近临界点时,往往会发生非常大的涨落?/p>
19
世纪末?/p>
20
世纪初就开始对某些特殊系统的临界行为,例如液气之间?/p>
相变和铁磁性与顺磁性之间的转变作过定性描述。苏联物理学家朗道在
1937
?/p>
就发表了关于相变的普遍理论,他把早期理论所得结果作为特例纳入他的理?/p>
中。二极模型的热力学特性是经常讨论的课题,
1968
年获诺贝尔化学奖的昂?/p>
格尔?/p>
L.Onsager
)对此得出了精确解。这为临界现象的进一步认识奠定了基础?/p>
朗道理论和以前所有的理论在预言临界点附近的行为时几乎都得到完全一致的
结论?/p>
然而,
当人们对许多系统作了广泛而详细的研究之后?/p>
惊奇地发现临界行
为和朗道理论的预言相差甚远?/p>
用各种不同的理论模型进行数值计算,
也显示对
朗道理论有很大偏离。美国康奈尔大学的费塞尔?/p>
M.E.Fisher
)对实验数据的分
析,起了指导作用。康奈尔大学另一位物理学家维丹(
Widom
)和苏联物理学家
巴达辛斯基(
A.Z.Patashinskii
?/p>
、波克罗夫斯基(
V
.L.Pokrovski
)以及芝加哥大学
的卡达诺夫(
L.P.Kadanoff
?/p>
,都在理论上作了重要贡献。卡达诺夫提出了非常?/p>
要的新思想?/p>
对以后的发展有很大的影响?/p>
然而他的理论无法对临界行为进行?/p>
算?/p>
1971
?/p>
K.
威耳逊发表了两篇有重大影响的论文,明确而深入地解决了这?/p>
问题,随后的几年他又发表了一系列论文?/p>
K.
威耳逊认识到,临界现象与物理?/p>
绝大多数其它现象不同的地方在于人们必须在相当宽广的不同长度尺度上与系
统中的涨落打交道?/p>
在通常的情况下?/p>
人们对某一给定的现象只和某一给定的尺
度打交道,比如无线电波、水波、可见光、原子核、基本粒子等等,这里每一?/p>
系统都以某一特定的尺度为特征?/p>
我们无需涉及范围宽广的尺度?/p>
除了大尺度的
涨落可大到与整个系统的尺度同数量级之外,
还有幅值更小的涨落?/p>
一直小到原
子尺度?/p>
我们也许会有幅值为厘米量级的涨落,
同时也会有幅值更小的涨落?/p>
一