Page 202 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

构，它们分别属于不同的相。例如水在高压下有六种不同的结晶态，故有六种不同形状的雪
花，它们分别属于六种不同的相。气液固相物质还可有铁磁、铁电、超导、超流等不同的相。

各种不同相之间发生的转变称为相变。例如，在低于临界压强下，气体的温度降到某一数值
时就液化；在一定的压强下，液体温度降到某一数值时就凝固；把固体加热到某一温度时，
发生熔解；普通导体的温度降至某一临界点时，电阻突然消失，导体变成超导体；铁磁性物
质的温度上升到居里点以上时，变为顺磁性。这些都是相变现象。
相变一般可分为一级相变、二级相变或高级相变。常见的气、液、固三相的相互转变是
一级相变。在一级相变中，物质的化学势μ不变，但化学势的一阶偏导数所代表的物性（如
比容υ、摩尔熵 S）发生突变，并有相变潜热 L 的吸收或释放。其热力学关系可表示为
 2   1

   
   ，即 2  1
1
2
 P  P
   
S  S ，即  T 2   T 1 （10.65）
2
1
L  T S  S 1 
2
二级相变或高级相变常见的有铁磁、铁电、超导、超流等相变。在这些相变中，物质的
化学势μ不变，化学势的一阶偏导数也不变，但化学势的二阶偏导数所代表的物性（如比热
容 Cp、膨胀系数ɑ和压缩系数 k）发生突变，相变时没有潜热的吸收或释放。其热力学关系
可表示为
 2   ，  2   ， S  S 1
2
1
1
 2   2 
C p 2  C ， 即  T 2 2   T 2 1
1 p
 2   2 
1
2
 2   ，即  T P   T P （10.66）
1
 2   2 
k  k ，即 2  1
1
2
 P 2  P 2
L  T S 2  S 1  0
每一种相变都有一个临界点（相变点）Tc，如水的凝固点为 0°C，水的汽化点为 100°C，
液氦的超流相变点为 2.17K，汞的超导相变点为 4.15K 等等。化学势的一阶偏导数在一级相
变的临界点是不连续的，  /  P 和  /  T 在临界点前后取不同的值。而化学势的一阶偏导

数在二级或高级相变的临界点是连续的。所以，一级相变又称为不连续相变，二级和高级相
变称为连续相变。但这种连续或不连续只是相对的，如化学势的二阶偏导数在二级或高级相
变的临界点是不连续的。
相变是分子（原子）聚集方式的改变，相变点可能和分岔点相似，也是驻波耦合点和非
线性相干点的叠加，物质系统在相变点可能产生新的非线性耦合，并形成新的聚集相。在气
相物质中，气体分子相距较远，自由度较大，分子运动的主要形式是随机碰撞和散射，仅当
系统状态达到相变点时，相互碰撞的气体分子可能产生非线性耦合，形成双分子和多分子相

干势阱，进而聚集成液体。在液体中，分子间的非线性耦合形成的势阱较“短”、“浅”，
所以液体分子仍保持较大的自由度，但在某些特殊情况下，也可形成长程相干势阱，产生规

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