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热运动与自组织的本质——时空统计热力学

时间:2015-05-18  作者:宋太伟
热运动与自组织的本质——时空统计热力学 (65)

粒子从最低基态,跃迁到相对高位的j相态,其对应的热运动能,必须足够大到使其至少可以跳跃束缚势阱深,即 kTC ~ ,k为玻尔兹曼常数,所以:

TC ≈ /k ≈ 时空统计热力学 (66)

一般可以计算求得。超导、超流相变是单一的最低层结构势能能级跃迁,只需计算热运动 即可。

以下介绍利用方程组(63)、(64)等,计算相变温度TC 的方法。

系统在相变温度完全处在高位能j相和完全处在低位能j+1相的同能时空结构形态(简并态)数MШj和MШj+1,可以由总态数关系为公式(45)或简约公式(46)计算,利用(63)和(65)计算系统有序结构势能能级提升高度,再利用(64)中的热、能、熵等关系(即∆U =∆Q = TCj ∆S =–N )及熵、态数关系,即可得等式:

时空统计热力学 (67)

相变温度计算公式: 时空统计热力学 (68)

系统从高位能j相到低位能j+1相,(68)中 为正值。

理论上讲,公式(67)、(68)中的结构势能级差与相变温度点双态的简并度均是可以根据系统的结构特点进行计算的。当然,系统的结构势能级差与相变温度点双态的简并度,都可能是该相变温度的函数,此时可以将公式(67)、(68)作为的方程来求解。

3.3.4 超导相变与高温超导机理

3.3.4.1 导体低温超导现象及超导相变温度TC计算

根据上文的相变理论逻辑,在绝对零度附近,任何内部均衡的多粒子系统,微观粒子单元的热运动能级趋向于确定的最低能级,体系总时空结构形态集合中的简并态趋向于单一确定态或少数确定态,微观粒子时空结构形态趋于完全有序,具有流体属性的微观粒子集宏观呈现集体一致运动态即宏观量子态。内部存在自由电子的导体物质,在超低温下都呈现超导现象。超导态本质是导体中大量自由电子共同处在一种集体有序运动态,能级为基态或近基态的低能态。

作为简化形式,这里以普通单原子金属材料结构为样本进行分析,以波矢作为时空结构统计理论中的时空结构形态,即以波矢表征粒子的时空结构形态。假设金属晶格原子、自由电子、光热量子的波矢分别用表示。

电子流体(如气体)集体谐振有序,即是所有的电子波矢相同,包括= 0 。

系统在基态,波矢、温度均近 0 ,当然是完全有序态或称为纯超流超导态。令人感兴趣的是相变温度TC远大于零的正常态与超导态同时出现的临界状态,此时的,均可能很小,但不为0 。

粒子电性在时空结构(几何)形态中属性表征类似阴阳关系(粒子物理中称“宇称”),在同一个晶格单元内,2个电子不可能同态(注意:是同一个晶格之内,泡利不相容原理是有适用条件的,比如“区间”限制等,许多《凝聚态物理学》书中都有错误)。要实现同一个晶格区域内电子波矢与所有电子集整体协振有序,只有借助

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