北京頤和園昆明湖畔、萬壽山麓有一座銅亭。從長廊前往銅亭的山路穿過一個石牌坊。那牌坊上一副對聯的下聯總要使大自然的愛好者浮想聯翩。
「物含妙理總堪尋」，玩味著這雋永的哲理，登上萬壽山巔。極目遠眺，思緒萬千。生活在兩千多年前的莊子，曾有過「原天地之美，而達萬物之理」的願望。我們今天對萬物的認識又如何呢？俯視昆明湖的千頃碧波，初秋的早晨，湖面上繚繞著嫋嫋輕煙。「波上寒煙翠」，那是從水面蒸發的水汽，遇到冷空氣後凝聚成的縷縷薄霧。仰望萬裡雲空，在沒有大風的時候，彩雲朵朵、鋪花繡錦，織成美麗的圖案。如果在冬日雪後凌晨，登上萬壽山，那真是「忽如一夜春風來，千樹萬樹梨花開」。
你曾仔細觀察過雪花和冰晶嗎？下圖是雪花冰晶中能見到的一些骨架圖案，真實的冰晶當然更為豐富多彩。在一本研究雪花的專著裡，搜集了近一千五百幅六角冰晶的照片，變幻無窮，琳琅滿目。
一些雪花骨架圖案
下面是幾幅冰晶的照片
這些全是一種簡單的物質——水的種種形態。
水是人們心目中非常簡單的物質，但它的相圖卻是錯綜複雜，相變現象的豐富內容，由此可以窺見一斑。只在少數情況下，可以用理論方法計算出相圖的某些片段，主要的知識來自實驗家們在低溫、高溫、高壓等條件下一點一滴的精細測量。
我們以誇張的比例將水的三相點附近的相圖繪於左圖中。通常的物質，固態比容小於液態，只有少數例外。水就是其中之一。從日常生活中知道，冰能漂在水上，冬天自來水管容易凍裂，都是由於結冰時體積膨脹的緣故。
我們從水的各種相圖看到，圖中的點、面、線等成分中，面上的點最為平淡無奇，它只不過表明物質處於一定狀態的條件。相圖上的線比較有興味，它標誌著物質狀態的突變，伴隨著體積變化、吸收或放出潛熱、兩相共存、過冷過熱等等現象。物理內容最為豐富的是相圖上的孤立點，特別是臨界點。經過臨界點發生的相變，沒有體積突變，沒有潛熱，不出現兩相共存和亞穩狀態，然而等溫壓縮率和其他一些物理量卻可能「發散」。
相變的本質正是從相圖上這些孤立的奇異點開始，被日益深刻地揭示出來。當代物理學對臨界點的認識，遠遠超過對相圖上一些線，例如亞穩邊界線的認識。
本文由田慧瑩摘編自於淥、郝柏林、陳曉松著《邊緣奇蹟：相變和臨界現象》一書第一章、第二章部分內容。
本書將帶領讀者進入千奇百怪、絢麗多彩的「相變世界」：從物質三態變化、鐵磁、鐵電、液晶相變，到玻色-愛因斯坦凝聚、超流和超導。書中還把平衡態相變的概念推廣到其他系統，包括幾何相變和非平衡相變。全書通過對相變和臨界現象的介紹，闡述熱力學和統計物理的基本概念，從熵的引入、統計配分函數，到對稱破缺、標度律和普適性。同時也描述了研究相變現象的基本理論方法，包括平均場近似、標度分析、重正化群、統計模型精確解和計算機數值模擬等，還介紹了相變研究的最新進展，如有限系統的臨界現象和量子相變。
ISBN978-7-03-047723-1
「物理改變世界」叢書
20世紀以來，物理學的發展日新月異，對諸多學科產生了重要而深遠的影響，催生了一大批交叉學科，有力地推動了材料、能源、環境、信息等科學技術的進步，極大地改變了人類生產生活方式，改變了整個世界。
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·超越自由 神奇的超導體
·數字文明 物理學和計算機
·溯源探幽 熵的世界
·邊緣奇蹟 相變和臨界現象
·物質探微 從電子到夸克
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