Kritik olaylar - Critical phenomena

İçinde fizik, kritik fenomen fizik bilimi ile ilişkili ortak isimdir. kritik noktalar. Bunların çoğu, korelasyon uzunluğu ama dinamikler de yavaşlıyor. Kritik olaylar şunları içerir: ölçekleme farklı büyüklükler arasındaki ilişkiler, Güç yasası bazı niceliklerin farklılıkları (örneğin manyetik alınganlık içinde ferromanyetik faz geçişi ) Tarafından tanımlanan kritik üsler, evrensellik, fraktal davranış ve ergodiklik son Dakika. Kritik olaylar yer alır ikinci dereceden faz geçişleri, sadece olmasa da.

Kritik davranış genellikle farklıdır. ortalama alan yaklaşımı Bu, faz geçişinden uzakta geçerlidir, çünkü ikincisi, korelasyon uzunluğunun farklılaştığı kritik noktaya sistem yaklaştıkça giderek daha önemli hale gelen korelasyonları ihmal eder. Bir sistemin kritik davranışının birçok özelliği, renormalizasyon grubu.

Bu olayların fiziksel kökenini açıklamak için, Ising modeli pedagojik bir örnek olarak.

2D Ising modelinin kritik noktası

Bir düşünün ${ displaystyle 2D}$ Sadece iki konum alabilen kare klasik dönüş dizisi: +1 ve −1, belirli bir sıcaklıkta ${ displaystyle T}$aracılığıyla etkileşim Şarkı söylerim klasik Hamiltoniyen:

${ displaystyle H = -J toplam _ {[i, j]} S_ {i} cdot S_ {j}}$

toplamın en yakın komşu çiftlerinin üzerine yayıldığı ve ${ displaystyle J}$ sabit olduğunu düşüneceğimiz bir bağlantı sabitidir. Belirli bir sıcaklık vardır. Curie sıcaklığı veya Kritik sıcaklık, ${ displaystyle T_ {c}}$ sistemin sunduğu ferromanyetik uzun menzilli düzen. Onun üstünde paramanyetik ve görünüşe göre düzensiz.

Sıfır sıcaklıkta, sistem +1 veya -1 olmak üzere yalnızca bir global işaret alabilir. Daha yüksek sıcaklıklarda, ancak daha düşük ${ displaystyle T_ {c}}$durum hala küresel olarak manyetize edilmiş durumda, ancak karşıt işaretin kümeleri beliriyor. Tipik bir Rus bebek resminde, sıcaklık arttıkça bu kümeler daha küçük kümeler içermeye başlar. Tipik boyutları korelasyon uzunluğu, ${ displaystyle xi}$ ıraksayıncaya kadar sıcaklıkla büyür ${ displaystyle T_ {c}}$. Bu, tüm sistemin böyle bir küme olduğu ve küresel bir manyetizasyon olmadığı anlamına gelir. Bu sıcaklığın üzerinde, sistem küresel olarak düzensizdir, ancak içinde boyutuna yeniden adlandırılan düzenli kümeler vardır. korelasyon uzunluğu, ancak şimdi sıcaklıkla azalıyor. Sonsuz sıcaklıkta, sistem tamamen düzensiz haldeyken yine sıfırdır.

Kritik noktada sapmalar

Korelasyon uzunluğu kritik noktada farklılık gösterir: ${ displaystyle T - T_ {c}}$, ${ displaystyle xi ila infty}$. Bu farklılaşma fiziksel bir sorun oluşturmaz. Diğer fiziksel gözlemlenebilirler bu noktada birbirinden ayrılır ve başlangıçta bazı karışıklıklara yol açar.

En önemlisi duyarlılık. Kritik noktada sisteme çok küçük bir manyetik alan uygulayalım. Çok küçük bir manyetik alan, büyük bir tutarlı kümeyi mıknatıslayamaz, ancak bunlarla fraktal resim değişikliklerini kümeler. En küçük boyutlu kümeleri kolayca etkiler, çünkü neredeyse paramanyetik davranış. Ancak bu değişim, sırayla, sonraki ölçekli kümeleri etkiler ve tedirginlik, tüm sistem kökten değişene kadar merdiveni tırmanır. Bu nedenle kritik sistemler, ortamdaki küçük değişikliklere karşı çok hassastır.

Gibi diğer gözlemlenebilirler özısı, bu noktada da farklılaşabilir. Tüm bu farklılıklar, korelasyon uzunluğundan kaynaklanmaktadır.

Kritik üsler ve evrensellik

Kritik noktaya yaklaşırken, bu farklılaşan gözlemlenebilirler şu şekilde davranır: ${ Displaystyle A (T) propto (T-T_ {c}) ^ { alfa}}$ bazı üsler için ${ displaystyle alpha ,,}$ tipik olarak, üslü α'nın değeri T'nin üstünde ve altında aynıdır_c. Bu üsler denir kritik üsler ve sağlam gözlemlenebilirlerdir. Dahası, çok farklı fiziksel sistemler için aynı değerleri alıyorlar. Bu ilgi çekici fenomen evrensellik, nitel ve ayrıca nicel olarak açıklanır renormalizasyon grubu.^[1]

Kritik dinamikler

Kritik fenomenler de görünebilir dinamik miktarlar, sadece statik olanlar. Aslında, karakteristiğin ayrışması zaman ${ displaystyle tau}$ bir sistemin ısının sapması ile doğrudan ilişkilidir. korelasyon uzunluğu ${ displaystyle xi}$ dinamik bir üssün tanıtılmasıyla z ve ilişki ${ displaystyle tau = xi ^ {, z}}$ .^[2] Hacimli statik evrensellik sınıfı bir sistemin farklı, daha az hacimli dinamik evrensellik sınıfları farklı değerlerle zancak ortak bir statik kritik davranış ve kritik noktaya yaklaşıldığında her türlü yavaşlama fenomeni gözlemlenebilir. Gevşeme süresinin farklılığı ${ displaystyle tau}$ kritiklik, çeşitli toplu taşıma miktarlarında tekilliklere yol açar, örneğin, difüzivite, kayma viskozitesi ${ displaystyle eta sim xi ^ {x _ { eta}}}$,^[3] ve toplu viskozite ${ displaystyle zeta sim xi ^ {x _ { zeta}}}$. Dinamik kritik üsler, belirli ölçekleme ilişkilerini takip eder, yani, ${ displaystyle z = d + x _ { eta}}$, burada d uzay boyutudur. Yalnızca bir bağımsız dinamik kritik üs vardır. Bu üslerin değerleri çeşitli evrensellik sınıfları tarafından belirlenir. Hohenberg-Halperin terminolojisine göre,^[4] H modeli için^[5] evrensellik sınıfı (sıvılar) ${ displaystyle x _ { eta} simeq 0.068, z simeq 3.068}$.

Ergodik kırılma

Ergodiklik belirli bir sıcaklıkta bir sistemin tam faz uzayını keşfettiği varsayımıdır, sadece her durum farklı olasılıklar alır. Aşağıdaki bir Ising ferromagnetinde ${ displaystyle T_ {c}}$ bu olmaz. Eğer ${ displaystyle T$Ne kadar yakın olduklarını boşverin, sistem küresel bir mıknatıslanma seçti ve faz uzayı iki bölgeye ayrıldı. Manyetik alan uygulanmadıkça veya sıcaklık üstüne yükseltilmedikçe, birinden diğerine ulaşmak imkansızdır. ${ displaystyle T_ {c}}$.

Ayrıca bakınız süper seçim sektörü

Matematiksel araçlar

Kritik noktaları incelemek için temel matematiksel araçlar renormalizasyon grubu Rus bebek resminden veya kendine benzerlik evrenselliği açıklamak ve kritik üsleri sayısal olarak tahmin etmek ve varyasyonel pertürbasyon teorisi, ıraksak pertürbasyon genişlemelerini, kritik fenomenlerle ilgili yakınsak güçlü çiftleşme genişlemelerine dönüştürür. İki boyutlu sistemlerde, konformal alan teorisi Ölçek değişmezliğinin birkaç başka koşulla birlikte sonsuz bir sisteme yol açtığı gerçeğini kullanarak, 2D kritik sistemlerin birçok yeni özelliğini keşfeden güçlü bir araçtır. simetri grubu.

Renormalizasyon grubu teorisinde kritik nokta

Kritik nokta, bir konformal alan teorisi. Göre renormalizasyon grubu teori, kritikliğin tanımlayıcı özelliği, karakteristik uzunluk ölçeği fiziksel sistemin yapısının korelasyon uzunluğu ξsonsuz hale gelir. Bu birlikte olabilir kritik çizgiler içinde faz boşluğu. Bu etki, kritik açıklık bu, ikili akışkan karışımının sıvı-sıvı kritik noktasına yaklaşmasıyla gözlemlenebilir.

Denge halindeki sistemlerde, kritik noktaya yalnızca bir kontrol parametresinin hassas bir şekilde ayarlanmasıyla ulaşılır. Ancak bazılarında denge dışı sistemler, kritik nokta bir cazibe merkezi dinamiklerin sistem parametrelerine göre sağlam bir şekilde kendi kendine organize kritiklik.^[6]

Başvurular

Uygulamalar ortaya çıkıyor fizik ve kimya ama aynı zamanda gibi alanlarda sosyoloji. Örneğin, iki kişilik bir sistemi tanımlamak doğaldır. siyasi partiler Ising modeline göre. Böylelikle, bir çoğunluktan diğerine geçişte, yukarıda bahsedilen kritik fenomen ortaya çıkabilir.^[7]

Ayrıca bakınız

• Ising modeli
• Kritik nokta
• Kritik üs
• Kritik açıklık
• Varyasyonel pertürbasyon teorisi
• Konformal alan teorisi
• Ergodiklik
• Kendi kendine organize kritiklik
• Rushbrooke eşitsizliği
• Widom ölçekleme
• Kritik beyin hipotezi

Kaynakça

• Faz Geçişleri ve Kritik Olaylar, cilt. 1-20 (1972–2001), Academic Press, Ed .: C. Domb, HANIM. Yeşil, J.L. Lebowitz
• J.J. Binney vd. (1993): Kritik fenomen teorisi, Clarendon basın.
• N. Goldenfeld (1993): Faz geçişleri ve renormalizasyon grubu üzerine dersler, Addison-Wesley.
• H. Kleinert ve V. Schulte-Frohlinde, Φ'nin Kritik Özellikleri⁴Teoriler, World Scientific (Singapur, 2001); Ciltsiz kitap ISBN  981-02-4659-5 (Şu adresten çevrimiçi okuyun: [1] )
• J. M. Yeomans, Faz Geçişlerinin İstatistiksel Mekaniği (Oxford Science Publications, 1992) ISBN  0-19-851730-0
• M.E. Fisher, Kritik Davranış Teorisinde Renormalizasyon Grubu, Modern Fizik İncelemeleri, cilt. 46, p. 597-616 (1974)
• H. E. Stanley, Faz Geçişlerine ve Kritik Olaylara Giriş

Referanslar

Dış bağlantılar

• İle ilgili medya Kritik olaylar Wikimedia Commons'ta