首页 / 物理
相变 Phase Transition
量变攒到阈值,状态突然翻转
范德瓦耳斯(1873 年在博士论文中给出气液连续性与临界温度,1910 年获诺贝尔物理学奖) · 安德森(1972 年在 Science 发表 More Is Different,主张量变会带来质变,1977 年获诺贝尔物理学奖)
场景钩子 · 最后一种永久气体是怎么被液化的
十九世纪,法拉第靠加压把氯气、硫化氢等一批气体变成了液体,但氧气、氮气、氢气怎么压都不肯液化,被称为永久气体。氦气尤其顽固,当时有人断言它永远不能被液化。1873 年,荷兰中学教师范德瓦耳斯在莱顿大学答辩博士论文,提出每种气体都有一个临界温度,高于它,压力再大气体也不会变成液体;低于它,稍加压缩就会凝结。问题由此从能不能压,变成了能不能冷。1908 年 7 月 10 日,莱顿大学的昂内斯按这个思路把氦气冷到约 4 开尔文,即零下 269 摄氏度,得到液氦,最后一种永久气体被攻克。范德瓦耳斯在 1910 年获诺贝尔物理学奖。
原理图
相变有三个特征:存在阈值,阈值附近小输入造成大后果,越过之后旧规律失效。
数据证据 · 给 1 千克 0 摄氏度的水持续加热:温度在 100 度停了 2257 千焦 一手核实
前 418 千焦把水温升到 100 度,之后 2257 千焦温度纹丝不动,热量全部用来改变状态。平台期不是没变化,是变化换了地方。
来源:标准物性数据:水的比热容约 4.186 千焦每千克开尔文,100 摄氏度汽化热约 2257 千焦每千克,见 CRC 化学与物理手册
交互演示 · 一锅水的平台期:温度不动,汽化在走
水量越大,平台越长。平台期只盯温度会误判,要同时看进度指标。
怎么用
- 找出正在连续积累的量温度、用户数、债务、信任度都行,先确认它确实在缓慢变化,而不是已经停滞。
- 查历史,确认系统存在突变点看这个量过去越过某个值后,系统行为方式是否整体改变。没有证据就别硬套相变。
- 估算离临界点还有多远用渗透率、浓度、比例这类相对指标衡量,比只看绝对数字可靠。
- 临界点之前,接受看不到回报0 到 99 度都看不到沸腾。平台期的投入不是白费,是在给状态改变付账。
- 越过之后,换一套规则做事冰的规则管不了水。状态翻转后要重新评估风险,重新分配资源。
失效边界
| 情境 | 模型的说法 | 现实 |
|---|---|---|
| 变化本质是线性或渐变的系统 | 攒够了自然会突变,等就行 | 很多过程没有阈值,硬套相变会把普通积累误当成临界前的蓄力,错过该做的调整。 |
| 想精确预测临界点何时到来 | 找到阈值就能算出时间表 | 股市、舆论、生态这类系统的阈值随环境漂移,事前几乎算不准,往往只能事后确认已经翻转。 |
| 假设参数降回去状态就会复原 | 降温就能变回液体 | 一级相变有滞后效应,过冷水、过热水都存在。信任破裂、物种灭绝、企业倒闭常常不可逆。 |
| 只盯一个指标判断安全 | 温度没变就没事 | 平台期系统内部结构正在剧变,单一指标会给出虚假的安全感,需要同时看进度和结构。 |
关联模型
出处
- 范德瓦耳斯《论气态与液态的连续性》博士论文,莱顿大学,1873 年 可靠二手
- P. W. Anderson, More Is Different, Science 第 177 卷第 4047 期,1972 年 可靠二手
- CRC 化学与物理手册,水的比热容与汽化热数据 一手核实