Page 204 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

对应于原子磁矩取向朝下。当温度达到居里温度 Tc 时，自发磁化强度为零（m=0），物质转
变为顺磁状态。这里的序参量也可以用δEc/Ek 的比值来代替，即用δEc/Ek 的比值来衡量原子

磁矩的有序程度。
超导相变目前多用库珀对理论来解释，而库珀对的形成也可以用非线性耦合机制来解
释。当温度降至超导相变的临界温度以下时，费米能级附近的自由电子的动能会变得很小，
在这种情况下，两个自由电子靠近时可发生非线性耦合，形成负能时空势阱，由于势阱的束
缚力大于库仑斥力，所以电子对被束缚在势阱中运动，两者的动量相等，方向相反，自旋相
反，这就是库珀对。众多库珀对彼此进一步耦合，可形成长程相干的“隧道”样势阱（参见
图 10-4），电子在隧道势阱中以统一的模式运动，不受晶格振动或晶格缺陷和杂质的散射，
因此电阻为零。这种非线性耦合机制同样适用于高温超导相变（Tc＞100K），当温度较高时，
电子的动能较大，但只要非线性势阱的束缚力大于电子对的库伦斥力，就可以形成稳定的库

珀对。
超流相变的原理与超导相变类似。当液体分子非相干流动时，分子相互碰撞、摩擦，流
体因此具有一定的粘滞性。当温度降至超流相变的临界温度以下时，分子间发生非线性耦合，
可形成长程相干的“隧道”样势阱，分子在隧道势阱中按统一模式（沿时空短程线）运动，
不会发生相互碰撞和摩擦，因此粘滞度为零。可参见图 10-4。
4、耗散与协同
耗散结构是普利高津利用热力学原理研究并阐述生命系统自组织现象时提出的一个概

念。一个远离平衡态的非线性的开放系统通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某
个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变（即非平衡相变），由原来
的无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区
形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之
为“耗散结构”，比如生物体的新陈代谢、遗传变异、生物进化等，这些都是从无序到有序
的持续的自组织过程。
耗散结构和自组织现象不仅广泛存在于生命世界，而且在无生命世界也同样存在，例如
贝纳德对流、激光、B-Z 化学振荡等，这就促使人们想到这两个世界在这方面可能遵循相同
的规律。实际上，普利高津的耗散结构理论也正是在把物理和生物过程结合起来研究时提出

来的，哈肯则是在研究激光发射过程的基础上，把它和生物过程加以类比，创立了协同论。
系统从无序状态转变为有序的耗散结构必须具备三个条件：其一，系统必须是开放的，
即系统必须与外界进行物质、能量的交换；其二，系统必须是远离平衡状态的，系统中物质、
能量“流”和热力学“力”的关系是非线性的；其三，系统内部不同元素之间存在着非线性
相互作用，并且需要不断输入能量来维持。普利高津用热力学熵来衡量系统的有序程度，熵
越小，有序程度越高，熵越大，有序程度越低。对于非孤立系统（开放系统和封闭系统），
熵的变化分为两部分：一部分是由于系统内部的不可逆过程引起的，叫做“熵产生”，可用
diS 表示；另一部分是由于系统和外界交换能量和物质而引起的，叫做“熵流”，可用 deS

表示。整个系统的熵的变化就是
d S  d i S d e S （10.67）
根据热力学第二定律，总有
d S  0 （10.68）
i
但熵流 deS 可以为正值，也可以为负值。如果 deS＜0 且|deS|＞diS，则会有

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