На задната корица:
Фазовите преходи заемат особено място в съвременната физика. В тези процеси участват огромен брой частици — това са процеси, при които са съществени не толкова природата на частиците, колкото взаимодействието между тях. За фазовите преходи са съществени и такива фундаментални величини като например размерността на пространството, в което живеем.
Присъждането на най-високата научна награда — Нобелова награда — на Кенет Уилсън (през 1978 г.) е едно широко признание на изследванията на много първокласни учени и на голямата значимост на тази област от физиката за наука въобще.
*
СЪДЪРЖАНИЕ
Предговор 3
Част I
1. Въведение 7
2. Магнетизъм 9
3. Възприемчивост 14
4. Колко далеч се простира влиянието на една частица или какво е корелационен радиус? 16
5. Защо се разсейва светлината? 22
6. Критична точка на течност 27
7. Критическа опалисценция 31
8. Преходи порядък — безпорядък 32
9. Универсалност на фазовите преходи от втори род 34
10. Критични индекси 39
11. Фазови преходи бт първи род 40
12. Статистически закономерности и флуктуации 48
13. Ентропия 52
14. Фактор на Болцман 56
15. Степени на свобода 58
16. Свободна енергия 61
17. Термодинамика на фазовите преходи 62
18. Топлинен капацитет 65
19. Влияние на пространствената размерност върху протичането на фазовите преходи 70
20. Метод на молекулярното поле в теорията на магнитните фазови преходи 73
21. Теория на Ландау 77
22. Електрони на повърхността на течен хелий—Вигнерова кристализация 79
Част II
23. Сегнетоелектрици, феромагнетизъм и общи черти на фазовите преходи 84
24. Свръхпроводимост, свръхфлуидност, вихри и компютри 96
25. Фазов преход на Костерлиц — Таулис — Березински в тънки свръхпроводящи филми 112
26. Един числен експеримент за индивидуален компютър 123
27. Квантовият ефект на Хол и съвременната електроника 127
Приложение 132
*
ПРЕДГОВОР
В процеса на усвояване на природата, когато човек се замисля над въпроса, какъв е строежът на телата, когато започва да ги обработва и изучава, за да ги използва, естественият подбор съдейства да се развие това вътрешно око, наречено разум, с което надничаме далеч зад хоризонта, определен от петте ни сетива. Всеки нов уред, всеки нов опит ни разкрива нещо ново от Вселената. В този смисъл науката и техниката разширяват възможностите на нашите сетива, но ние трябва да се научим да разбираме тези нови „усещания", така както сме се учили да разбираме сетивата си.
Действително, макар и неосъзнато, ние се учим да разбираме съобщенията на нашите сетива. По време на безкрайните детски игри се трупа този жизнен опит, който е нужен за нормалното „разбиране" на сигналите, получавани от сетивата. Между възприятията на сетивата и представата, която имаме за света, стои един сложен процес на обработка и интерпретация.
Днес психолозите избягват такива прости думи като „виждам" и „чувам", а предпочитат „възприемам", за да означат съзнателното впечатление от външния свят. Всяко възприятие е сложна плетеница от стимули, идващи от външния свят, от натрупания жизнен опит, от интересите и желанията ни. Ние не чувстваме света — ние го интерпретираме, но това става на подсъзнателно ниво и остава скрито за нас.
При научното познание процесът на интерпретация е съзнателен. Познанието, опосредствано от уреда, няма тази емоционална окраска, този емоционален синхрон, с който сме свикнали при сетивното познание. То изисква предварителна подготовка и обучение, точно както опитът, трупан в детските години, е съвършено необходим за сетивното познание. Ако като деца бихме имали възможност вместо на топчета да играем с протони или като Гъливер да се разхождаме между атомите на кристала, вълновите свойства на материята щяха да ни изглеждат очевидни, много философски спорове щяха да бъдат наивни, нямаше да говорим за дехуманизация на науката. Една от бариерите, която трябва да се преодолее при запознаване с нов дял от науката, е психологическа. От една страна, от читателя се изисква да усвои понятията и релациите между тях. От друга страна обаче термините, в които се излага съвременната наука, често изглеждат твърде абстрактни и са нужни немалко усилия, за да „видим" какво се крие зад понятието, за да „почувстваме" неговата същност. Действително как да почувстваме нещо, за което нямаме сетива, които да го въз приемат? Отговорът е — с разума, но цената, която плашр.ме-за да „чувстваме" чрез разума, е психическо напрежение. Просто, невинаги се оказва възможно да разградим новото до по-прости, вече познати понятия. Нещата могат разумно да се обяснят само на онова ниво на сложност, на което се намират, и не следва да се разграждат на части до такава степен, че от тях да не остане нищо съществено.
Липсата на интуитивен, „детски" опит във физиката на фазовите преходи може да се запълва от книги като тази. Предполага се, че читателят няма подготовка по тези въпроси освен гимназиалния курс по физика, но не се предполага, че книгата ще се чете без труд.
Фазовите преходи заемат особено място във съвременната физика. Характерно за тези процеси е, че в тях участват огромен брой частици — това са колективни процеси, при които са съществени не толкова природата на частиците, колкото взаимодействието между тях.
При фазовите преходи се проявяват най-характерните черти на системи, състоящи се от голям брой взаимодействащи частици. Наблюдават се явления, в които участват такива основни величини, като например размерността на пространството, в което живеем. Тази фундаменталност и до голяма степен универсалност придава на физиката на фазовите преходи не само общофизична, но и интердисциплинарна значимост.
Присъждането на най-високата научна награда — Нобеловата награда по физика — на Кенет Уилсън е едно широко признание както на изследванията на много първокласни учени във физиката на фазовите преходи, така и на голямата значимост за физиката и за науката въобще на разработените теоретични методи. За първи път от 1965 г., когато Томонага, Швингер и Файнман получават Нобелова, награда за разработването на квантовата електродинамика, това високо отличие се дава не за изследване на конкретна физична система, а за методологични изследвания с широка област на приложимост.
На популярно ниво в книгата са разгледани основните понятия на физиката на фазовите преходи. Върху класически за фазовите преходи примери — феромагнетизъм, критична точка на газове, преходи порядък — безпорядък — се въвеждат понятията, които формират „естествения" за теорията на фазовите преходи език: флуктуации, корелационен радиус и коре-лационна функция, възприемчивост, параметър на подреждане, близко и далечно подреждане, като от самото начало сс подчертава флуктуационната природа на критичните явления.
Един от основните експериментални методи за изучаване на фазовите преходи са експериментите по разсейване. По тази причина е направен опит популярно, доколкото е възможно, да се обясни връзката между експериментално наблюдаването сечение на разсейване и корелационната функция. На тази основа са разгледани явленията критична опалесценция в газове, бинарни сплави и разтвори, както и явлението критично забавяне.
Разграничаването между фазовите преходи от първи и втори род е направено въз основа на различията в механизма на протичането им: докато поведението на преходите от втори род се определя от динамиката на флуктуацишпе, преходите от първи род преминават през зародишообразуване, което обуславя характерните за тях хистерезисни явления — прегряване, преохлаждане и др.
Понятие за универсалността на фазовите преходи е дадено с кривата на съсъществуване на течности; същевременно се въвеждат и някои критични индекси. Зависимостта на критичните явления от размерността на пространството — може би най-удивителната им особеност, е илюстрирано чрез явлението пер-колация. Коментира се също причината, поради която не съществуват едномерни магнитни фазови преходи.
Освен тези, класически за физиката на фазовите преходи, понятия и явления в книгата са разгледани някои модерни физични системи. Преди всичко това са системите, стимулирани от развитието на съвременната технология на тънките слоеве и двумерни системи, в които се наблюдават вигнерова кристализация на електрони, вихровият фазов преход на Березински, Костерлиц и Таулис в тънки свръх проводящи слоеве, преходи в тънки феромагнитни слоеве и др. Подбирането на нови примери от текущата периодика без посредничеството на други, популярни книги, статии и дори обзори довежда, разбира се, до неизбежните в такива случаи трудности.
В книгата са дадени задачи, насочени към практическото усвояване на някои основни понятия. Всички задачи са предварително разглеждани на средношколски лагер-школи по физика.
Голяма част от материала има характер, близък по дух до книгите от библиотека „Квант", „В мире науки" и „8с1епЩ1с Атегкап". Тези части от материала биха могли да се използват в кръжока по физика, като допълнителна литература за реферати в движението на ТНТМ, клуб „Компютър" и др.
Като основна цел авторите са си поставили да разгледат някои съвременни представи и теми от физиката на фазовите преходи на елементарна ниво. По тази причина в книгата не са намерили място някои описани вече в популярната литература приложения на физиката на фазовите преходи. Такъв подход дава възможност на широк кръг читатели да се запознае както със съвременните представи за физиката на фазовите преходи, така и с някои „горещи" теми в тази област.
Първата част е написана от Цв. Сарийски, втората—от Т. Мишонов.
