krytyczne zjawiska

krytyczne zjawiska,

szereg anomalnych zjawisk fiz. związanych z ciągłymi przejściami fazowymi, tj. przejściami fazowymi II rodzaju (przemiana fazowa), ujawniających się w pobliżu punktu kryt. (stan krytyczny);

dla ciągłych przejść fazowych parametr porządku (np. gęstość, spontaniczna magnetyzacja), charakteryzujący uporządkowanie w nowej fazie, wzrasta w sposób ciągły, rozpoczynając od wartości zerowej (w starej fazie); np. dla ciągłego przejścia fazowego paramagnetyk–ferromagnetyk, dla którego punkt kryt. jest wyznaczony przez temperaturę Curie T_C, średnia termodynamiczna spontanicznej magnetyzacji <M >  fazy paramagnet. (dla zewn. pola indukcji magnet. B = 0) jest zerowa, lecz w fazie ferromagnet. zaczyna rosnąć w zależności od zmian parametru ε = (T − T_C)/T_C (określającego oddalenie stanu układu od stanu w punkcie kryt.). Z.k. są najwyraźniej widoczne dla bardzo małych wartości ε (typowo ε zmienia się od 10⁻⁶ do 10⁻³) w formie lokalnych, anomalnie silnych fluktuacji wartości parametru porządku oraz potęgowej rozbieżności funkcji termodynamicznych (lub potęgowego zmierzania do zera); w tym wypadku odpowiednie wykładniki potęgowe noszą nazwę wykładników krytycznych; np. dla punktu Curie w fazie ferromagnet. żelaza parametr porządku M(T) ∼ |ε|^β, gdzie wykładnik kryt. β ≈ 0,37; podaje się również tzw. długość korelacji ζ określającą szybkość spadku wartości funkcji korelacyjnej lokalnych wartości paramateru porządku w 2 różnych punktach układu ₁, ₂ wraz ze zwiększaniem odległości d = |₁ − ₂|; długość korelacji jest ważnym, mierzalnym parametrem fiz.: ζ ∼ |ε|^−ν (np. dla żelaza ν ≈ 0,69) dla T > T_C; w punkcie kryt. (dla T = T_C) długość korelacji jest nieskończona. Z.k. występują również dla przemian fazowych I rodzaju, ale tylko w pobliżu punktu kryt., gdzie (na diagramie fazowym) kończy się linia przejścia fazowego. W okolicy tego punktu, np. w układzie ciecz–para, obserwuje się znikanie menisku między cieczą a gazem i związane z tym anomalnie wielkie fluktuacje gęstości i entropii (związana jest z tym tzw. opalescencja kryt., czyli gwałtowny wzrost zdolności rozpraszania światła na fluktuacjach gęstości) oraz dążenie ściśliwości izotermicznej układu do nieskończoności. Dla przejść fazowych o kilku parametrach kontrolnych (jak np. wartość zewn. pola magnet. lub pola elektr., ciśnienie, temperatura, potencjały chem.) występują często punkty multikryt. — miejsca na diagramie fazowym, w których spotykają się linie (lub powierzchnie) współistnienia kilku faz. Opis i systematyzację ogółu zjawisk fiz. związanych ze z.k. uzyskuje się na gruncie fenomenologicznej teorii skalowania B. Widoma (1969), a ostateczne wyjaśnienie z.k. i wyliczenie wykładników kryt. jest możliwe na gruncie teorii grupy renormalizacji (L. Kadanoff, 1966; K.G. Wilson i J. Kogut, 1974; M.E. Fisher, 1974).

Krzysztof Rościszewski