临界现象200周年,是谁最早发现了这个物理现象?(8)

2024-06-16 来源:飞速影视
图8 1869年安德鲁斯的《论物质气态与液态的连续性》论文内图[14]。图中坐标横轴为压强,纵轴为体积。可以看到随着温度提高,共存的气液两相的密度差逐步趋于零直至消失。

临界现象200周年,是谁最早发现了这个物理现象?


图9 读者朋友,你能从这张著名的合影中找到沃沙费尔特吗?(答案见文后注释[12])图片来源:网络
在另一关于磁性的研究路线上,法国物理学家居里(Pierre Curie,1859-1906) 发现铁磁材料在超过临界温度时会出现退磁现象[19],这一临界温度通常被称为“居里点”(Curie point)。1895年他注意到气液相变和铁磁相变之间的相似性,提出了临界现象的“普适性”(universality)的重要概念[注13]。为了理解磁性起源,1920年德国物理学家楞次(Wilhelm Lenz,1888-1957)引入了一个简单模型——现在通常称为“伊辛(Ising)模型” [20]。1924年,楞次的学生伊辛(Ernst Ising,1900-1998)在他的博士论文中解决了该模型一维的情况,发现不存在相变,但是他错误地将这一结论推广到二维情形,认为二维伊辛模型也不存在相变[21]。
中间经过派尔斯(Peiers)[22]和克拉默斯及瓦尼尔(Kramers & Wannier)[23]等人的工作,最终昂萨格(Lars Onsager,1903-1976)在1944年解析地计算了在没有外磁场的情况下二维伊辛模型的比热[24]——昂萨格的这一工作如此重要,以至于杜姆称其为“昂萨格革命”(Onsager Revolution)[4]。昂萨格还在1949年给出了未予证明的自发磁化公式[25, 26][注14],该公式是杨振宁(1922-)在1952年予以证明的[27]。然而三维伊辛模型的精确解迄今为止仍然没有被求解出来,这对物理学家始终是一个巨大的挑战。伊辛模型本身的历史足以构成一本专著的内容,我们不再赘述,仅在表I中列举一些重要的进展,感兴趣的读者可以进一步阅读有关文章[36],以及文内所引文献。
表I Ising模型精确解的历史进程
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