Читать «Критическая масса, как одни явления порождают другие» онлайн - страница 199

НЕУСТОЙЧИВОЕ РАВНОВЕСИЕ

Теория ван дер Ваальса действительно не являлась полной, так как в ней не учитывалась особая роль флуктуаций в рассматриваемых процессах. Дело в том, что системы в критической точке попадают на «распутье», получая как бы некоторую свободу выбора, и именно в этой особенности заключена существенная разница между фазовыми переходами первого рода типа замерзания жидкости или плавления твердых тел и фазовыми переходами второго рода, или критическими превращениями, о которых говорилось ранее. Например, при понижении температуры ниже точки замерзания все молекулы или части жидкости «обречены» на превращение в твердое тело, а при критических переходах ситуация существенно меняется, и молекулы флюида⁹² как бы сосуществуют в двух разных состояниях. Такая же ситуация наблюдается в магнитных системах ниже критической точки (температуры Кюри), когда магнитные моменты атомов в модели Изинга (см. гл. 5) могут быть ориентированы в одном из двух противоположных направлений. И ни одно из них не может быть названо предпочтительным. Читатель может представить себе мяч на вершине холма, который может скатиться вниз по одному из двух абсолютно одинаковых склонов в разные стороны. Этот принципиальный выбор одного из направлений движения системы может быть осуществлен только случайным образом, и роль этого случайного фактора играют внутренние флуктуации самой системы.

Теоретически флюид в сверхкритическом состоянии должен иметь однородную плотность по всему объему, но из-за флуктуаций, вызванных, например, случайным движением частиц, в этом пограничном состоянии могут возникать ничтожные отклонения от однородности, в результате чего локальная плотность в каких-то местах будет возрастать, а в других — уменьшаться, превращая эти микрообъемы (или по крайней мере способствуя их превращению) в жидкость или газ соответственно. Каждая из таких флуктуаций может рассматриваться в качестве фактора «самовозбуждения», что, кстати, очень заметно и на примере намагничивания систем, когда набор спинов определенной ориентации в каком-то домене влияет на спины атомов в ближайшем окружении.

Сказанное лишь иллюстрирует наблюдаемую на практике исключительную чувствительность описываемых систем к флуктуациям. Равновесие нарушается под воздействием микроскопических, случайных причин. Такие объекты становятся крайне «капризными» и почти непредсказуемыми, так что сохранение вещества в окрестности критической точки физики сравнивают с цирковыми представлениями, когда артисты подолгу удивляют публику, балансируя предметами на кончике шеста.