临界现象200周年,是谁最早发现了这个物理现象?(7)
2024-06-16 来源:飞速影视
1873年,荷兰物理学家范德瓦尔斯(J. H. van der Waals,1837-1923)首次从理论上清晰地解释了物质气相和液相之间的连续性。范德瓦尔斯在其博士论文中表明[15],可以引入分子间相互作用推广理想气体定律,并得到了以他名字命名的范德瓦尔斯气的物态方程,定性解释了安德鲁斯的实验结果。当时著名的物理学家麦克斯韦和玻尔兹曼都对范德瓦尔斯的结果给予高度评价[4]。范德瓦尔斯的工作反过来又启发了他的同胞,荷兰物理学家昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes,1853-1926)。后者可以据此估计永久气体的临界点,这为氦最终在低温下——约4K左右——液化提供了理论基础。随后低温的获得又导致超导现象的发现。但是关于低温的探索历史,则又是另一个故事了[16]。
物质在临界点附近的行为可以通过一系列临界指数来刻划。从范德瓦尔斯物态方程中得到的“临界指数”,实际上是简单的平均场(Mean Field)数值,它们并不符合实际测量出来的热力学系统的临界指数值。比利时物理学家沃沙费尔特(Jules-Emilé Verschaffelt, 1870-1955)[注11]在1896年首先通过实验发现了这一点[17]。他重新测量了二氧化碳在毛细管中的上升量,并结合新的共存密度实验值对共存曲线数据进行了分析,发现同平均场值并不吻合。然而沃沙费尔特的实验结果并未引起当时物理学家的重视。20世纪30年代,前苏联著名物理学家朗道(Lev Davidovich Landau,1908-1968)继续发展了进行系统化平均场处理相变的普遍框架,即朗道连续相变理论,这是相变唯象理论的一座高峰[18]。
图7 1869年安德鲁斯发表的《论物质气态与液态的连续性》论文首页,开门见山提及德拉图关于临界现象的实验发现 [14]
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