Page 203 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

则运动，例如贝纳德对流。在固相物质中，分子聚集形成的非线性势阱较“深”，分子被约
束在相对固定的位置上运动，物体可保持较稳定的形态。如果相变按气、液、固的顺序发生，

则有相变潜热的释放，同时有一定数量的非线性物质“溢出”，溢出的非线性物质使局部时
空弯曲，形成某种聚集相时空势阱，分子在势阱中产生复杂的相对运动和相干运动，由此形
成了复杂的物质结构。如果相变按固、液、气的顺序发生，则有相变潜热的吸收，分子吸收
热量后动能增大，当分子动能超过聚集相势阱的束缚能时，原有的势阱结构将遭到破坏，导
致物质结构解体和新的结构形式。所以，在一级相变点，总有原来的聚集相势阱解体和新的
聚集相势阱形成，同时伴有相变潜热的吸收或释放。
二级或高级相变没有相变潜热的吸收和释放，因此没有时空势阱的破坏，可能只是聚集
相势阱的“深度”和“长度”发生了变化，或者有新的时空势阱形成，导致聚集相的某些物
理性质发生改变。这里以铁磁相变为例。一般来说，系统的能量与系统的有序程度成反比，

有序程度越高，系统能量越低，有序程度越低，系统能量越高。铁磁物质的原子的固有磁矩
统一指向同一方向时，系统具有较低的能量，固有磁矩的指向不一致时，系统具有较高的能
量。设聚集相势阱的非线性能量为δEc，原子在势阱中的动能为 Ek，势阱“深度”可用δEc/Ek
的比值来衡量，比值越大，势阱越深，比值越小，势阱越浅。在绝对零度时，原子的动能最
小，势阱的深度最大，即δEc/Ek 的比值最大，长程相干效应明显，所有原子的磁矩都指向同
一方向（见图 10-6a），统一朝上或统一朝下，系统处于高度有序的状态。随着温度升高，
原子的动能 Ek 逐渐增大，δEc/Ek 的比值逐渐变小，意味着聚集相势阱的相对深度变“浅”，

但只要原子的动能不是太大，相干模式就在一定范围之内存在，仍有为数较多的原子磁矩取
向一致。当温度达到临界温度 Tc 时，δEc/Ek 的比值达到一个临界点，非线性相干消失，原子
磁矩可取任意方向，铁磁体转变为顺磁体（图 10-6b）。在相变点 Tc，聚集相势阱并未遭到
破坏，只是势阱的相对深度变浅，不足以维持相干运动模式，于是，系统由相干态转变为非
相干态，但系统的整体结构并未发生改变。

m=+1
聚集相势阱

m=0

m= -1

a. 原子磁矩取向相同 b. 原子磁矩取向混乱

图 10-6 铁磁体的原子磁矩的取向

以上相变机制与朗道（L.D.Landau）的连续相变理论类似。为了对连续相变进行理论分
析，朗道提出了序参量的概念，认为连续相变的特征是物质有序程度的改变及与之相伴随的
物质对称性质的变化。通常在临界温度以下的相，对称性较低，有序度较高，序参量非零；
临界温度以上的相，对称性较高，有序性较低，序参量为零。随着温度的降低，序参量在临
界点连续地从零变到非零。在铁磁相变中，序参量是物质的自发磁化强度 m，如图 10-6a 所

示，在绝对零度时，铁磁体的自发磁化强度 m=±1，其中，+1 对应于原子磁矩取向朝上，-1

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