水在临界点发生了什么？ 知乎用户 其实在理论物理学家眼中, 气液两相是没有本质区别的。 表面上看, 它们都是流体, 其动力学性质都可以用流体力学的方程来描述。 实际操作看, 液相和气相之间可以连续转变。 比如如下图蓝色所示的路径: 更深入地看, 气液两相具有相同的对称性, 在相变的过程中没有发生对称性破缺。 [1] 因此, 气液两相的定义, 更多地是为了日常生活时使用的方便。 气液两相的区别, 主要是力学性质(密度, 压缩系数, 粘滞系数等)的区别。 这个区别在温度低于临界温度时是不连续的, 所以会发生水的沸腾这样不连续的相变, 也叫一级相变。 随着温度升高, 气液两相的区别越来越小, 直到临界温度时区别完全消失。 因此临界点处是发生的改变是连续的, 被称为连续相变, 也叫二级相变。 在这里, 与其说出现了新的相, 不如说气液两相融合成了一相, 不妨称之为"流体相"。 (事实上根据最开始的论述, 气液两相本来就是一相。 ) 在临界点附近, 气液两相的区别消失, 带来的直接可观测的现象就是所谓"临界乳光"。 在临界点往上一点就是液相, 往下一点就是气相。 在足够小的尺度下看, 因为热运动的存在, 系统总不是完全均匀的, 某一时刻有些地方温度高, 有些地方温度低, 这就是所谓热涨落。 因此粗略地说, 在临界点处, 由于热涨落的存在, 气相和液相在不断地产生和消灭, 达到动态的平衡。 由于大量的液滴的存在, 改变了系统的光学性质(比如在晴天和在雾天的视觉效果显然是不同的), 造成了临界乳光的现象。 至于临界点右上角的所谓"超临界流体", 只是说此时的流体相具有一些新奇的物理性质(在另一个回答中已有简单介绍)。 Wikipedia 上的这张图是错误的(或者说至少是带有误导性的): 因为这里并没有新的相产生。 两条直的黑色虚线也绝不是相边界。 [2] [1] 尽管确实可以强行定义序参量为 , 但这个序参量不是很有趣。 [2] 如果要强行区分, 在这里更合适的说法是发生了 crossover, 而不是 phase transition。 阅读原文
