非平衡相变的临界标度理论及普适性-物理学进展.PDF

物 理 学 进 展 Vo1．19．NO．3 PR0GRESS IN PHYSICS Sept．1999 非平衡相变的临界标度理论及普适性 5555O0O025 ／ ／ T -——_-一·贵(州_大_·学-物’理～系贵阳) f}●IJ／|79flI．2一，，l／ 摘 要 综述r作者近年来在非平衡相变临界(NPC)标度理论及普适性研究的进展 主 要包括一般NPC系统规格化模型．局域序参量的概率分布．广义势的临界渐近形式，空时有 关函数及其临界奇异行为。论证 了NPC系统的临界可标度性．导出了一组普适的NPC标度 关系，由之计算 出的4种 NFC普适类的临界指效与 目前已知的实验及理论结果劝合得非常 好。此外．还讨论了非平衡相变临界标度理论的普适性．将平衡相变临界标度理论怍为一种 特殊极眼情况含于同～理论体系中。 、 关键词 非平衡相变 托界现象 NPd规格化模型 标度关系 临界指数 普适类 — — — — — — 一 — — 一 — — —’——～ O j 百 在物质系统 内部，相与相之间在结构、功能、性态等方面的差异是由于其 内部有序度 和对称性的差别而引起的，这可用序参量来表征。广义而亩，相变是物质系统由一种稳定 状态 (恒定性态)向另一稳定状态 (恒定性态)的跃迁过程。即是指当外场和控制参量连续 变化达到某个临界值而引起系统内部对称性的破缺和有序度的突变。临界点是相变现象 中的一个关节点．相变系统在临界点邻域表现出了非常奇特的行为。当控制参量和外场 趋近于某个临界点时，系统在微观水平上调整着 自身，预示着将出现大的涨落。在临界 点，反映系统有序度的序参量连续地出现或消失．某些物理量出现了反常涨落和奇异发 散。虽然各种纷繁的相变系统所含的变量有很大的差异，但其临界行为都显示出极大的 相似性，不论其包含的物质和变量如何特殊，在临界点邻域它的变化规律和发展趋势是相 同的，这就是临界现象。_I．2J ， 在 自然界存在的各种相变中．由于其所处的状态背景的不同相变可分为平衡相变 (如 气液相变、铁磁相变等)和非平衡相变(如贝纳对流 激光相变等)两大类，即相变不仅可 以 发生在平衡态系统中，也可以发生在非平衡态系统中．相应地临界现象也可按其临界背景 参考态的不同分为平衡相变临界 (简记为 EPc)和非平衡相变临界 (筒记为 NPC)两类。 平衡相变是平衡态系统由一个平衡均匀态向另一个平衡均匀态的跃迁过程．其临界 背景参考态是平衡态。A们对EPC现象的认识 比较早，19世纪7O年代Va11derWaals给 收稿 日期 ：1999 05—04；修改 日期 ：1999—05—04 基金项 目：国家 自然科学基金和贵州省 自然科学基金资助 3期 蔡绍洪等 ：非平衡相变的临界标度理论及普适性 出气液相变临界现象具有普适意义的VanderWaals方程。本世纪 30年代 l．D．1ndau 提出了更加普适的平均场理论．n该理论的图象直观．推导简捷，抓住 了EPC现象的重要 特征．成为进行粗略分析时的一个有价值的工具，但其结果与实际情况有 时偏差较大。 1965年B．Widon第一次指出：4【】系统的热力学函数在 EPC点邻域将随临界距离和外场 的变化而改变着它的尺度，但其函数的形式不变，这就是标度理论的基本思想。其数学表 述为：热力学函数是约化控制参量和外场的广义齐次函数。他运用这一思想得到了EPC 指数间的关 系(EPC标度律)。1966年 I．Kadanoff将这 一思想用于伊辛模 型获得成 功．is]并导 出了EPC的超标度律，提出了普适性的概念。标度理论和普适概念的出现，较 为清晰和准确地描述了平衡相变系统趋于 EPC点的热力学行为，使 EPC理论向前迈进 了一大步。70年代初K．Willson等人 6【】受到标度思想的启示，巧妙地把重正化群方法用 于EPC理论中．取得了重大突破，它不仅给出了平衡态临界相变的正确描述，更精