Читать «Критическая масса, как одни явления порождают другие» онлайн - страница 200

Сверхчувствительность к нарушениям выступает важнейшей особенностью систем в окрестности критической точки, вследствие чего ничтожные флуктуации в одной из частей системы могут вдруг приводить к существенным последствиям в других частях или даже к изменению системы в целом. Например, случайное изменение ориентации одного из спинов в магнитной системе может воздействовать на спин в удаленной части образца, удаленной настолько, что ни о каком прямом взаимодействии не может быть и речи. На языке статистической физики такие явления называются дальнодейст-вующей корреляцией. Степень корреляции определяется расстоянием, на котором частицы могут как-то влиять друг на друга, и эта величина служит еще одним характерным параметром, увеличивающимся до бесконечности вблизи критической точки.

Сверхчувствительность выступает в качестве коллективного свойства системы. Закладываемые в модели взаимодействия частиц являются обычно весьма короткодействующими, например, в модели Изинга влияние ограничивается ближайшими спинами, однако в критическом состоянии такие взаимодействия вдруг начинают передаваться от частицы к частице на очень большие расстояния, несмотря на тепловое движение, которое в обычных условиях быстро «гасит» такое взаимодействие. Каким-то образом в критическом состоянии все частицы обнаруживают способность к коллективному поведению.

Проблема заключается в том, что в таком состоянии каждая частица как бы «желает» подчинить своему поведению все остальные, в результате чего вся система вдруг распадается на участки с разным поведением, ко-

Рис. 10.1. В критической точке могут появляться флуктуации самых разных размеров. На рисунке представлены результаты компьютерного моделирования критического перехода в системе «жидкость—газ», где черные точки означают жидкое состояние, а белые — газообразное состояние вещества. Аналогично будет выглядеть картина намагничивания, если такими же точками обозначить участки с противоположной ориентацией спинов. Флуктуации могут охватывать как отдельные частицы, так и целые крупные участки системы, из-за чего для них не существует никакого характерного размера. Физики называют эти флуктуации без.масштабными.

торые случайным образом пытаются воздействовать на свое окружение. Такие участки могут иметь самые разные размеры, от одной частицы до заметной части объема всей системы (как показано на рис. 10.1), в результате чего в системе пропадает, например, так называемый характерный размер доменов, все они вдруг начинают мгновенно возникать или исчезать, формируя разные структуры. Критическое состояние вдруг приобретает способность создавать собственный тип флуктуаций из обычного теплового шума⁹³, причем эти флуктуации являются безразмерными или безмасштабными в том смысле, что им не соответствует никакой средний или характерный размер.

Именно благодаря последней особенности при критических переходах в жидкостях наблюдается упомянутая критическая опалесценция, когда жидкости вдруг приобретают молочно-дымчатую окраску. Механизм ее появления достаточно прост — в жидкой и газовой фазах флюида в окрестности критической точки возникают флуктуации самых разных размеров, в том числе и близкие по масштабам к длине волны видимого света (несколько сотен миллионных долей миллиметра⁹⁴). Такие включения интенсивно рассеивают свет подобно микроскопическим шарикам масла в обычном молоке, в результате чего среда становится непрозрачной и приобретает необычную окраску (молочно-дымчатую, иногда с перламутровым оттенком).