其精確性基于大量原子的介入： 第1個(gè)例子（順磁 性）

讓我用幾個(gè)例子來說明這一點(diǎn)。它們只是從成千上萬的例子中隨便舉出的，對(duì)于剛開始探討物質(zhì)的這種狀態(tài)的讀者來說可能不是最容易理解的例子——這種狀態(tài)對(duì)于現(xiàn)代物理學(xué)和化學(xué)來說非常基本，正如“有機(jī)體都是由細(xì)胞構(gòu)成的”這一事實(shí)之于生物學(xué)，或牛頓定律之于天文學(xué)，甚至是整數(shù)序列1、2、3、4、5……之于數(shù)學(xué)。初涉該領(lǐng)域的人不必指望從以下寥寥數(shù)頁中獲得對(duì)它的全面理解和領(lǐng)悟。這個(gè)領(lǐng)域在教科書中通常被歸為“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”，其中響當(dāng)當(dāng)?shù)拿质锹返戮S希·玻爾茲曼[5]和威拉德·吉布斯[6]。

圖1順磁性

如果將氧氣充滿一個(gè)橢圓形的石英管并將其置于磁場(chǎng)中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它將被磁化。[7]發(fā)生磁化是因?yàn)檠鯕夥肿颖旧砭褪切〈盆F，會(huì)像指南針那樣傾向于和磁場(chǎng)方向保持平行。但千萬不要認(rèn)為它們實(shí)際上全部都會(huì)平行于磁場(chǎng)。因?yàn)椋绻惆汛艌?chǎng)強(qiáng)度加倍，氧氣分子的磁化程度也會(huì)加倍，而且分子磁化程度的增加速率與磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加速率相同，在場(chǎng)強(qiáng)極高時(shí)也是如此。

這個(gè)例子尤為清晰地體現(xiàn)了純粹的統(tǒng)計(jì)學(xué)定律。磁場(chǎng)的定向作用不斷地受到熱運(yùn)動(dòng)的拮抗，而正是后者使分子的方向帶有偶然性。實(shí)際上，這種拮抗的結(jié)果是使偶極軸與場(chǎng)之間的銳角比鈍角稍微占一些優(yōu)勢(shì)。雖然單個(gè)分子會(huì)不斷地改變其方向，但平均而言（由于龐大的數(shù)目），最終效果總是稍微偏向于磁場(chǎng)的方向，而且偏向程度與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。這一巧妙的解釋由法國物理學(xué)家保羅·朗之萬[8]提出。我們可以用下面的方法來檢驗(yàn)。如果觀察到的微弱磁化確實(shí)是兩種作用，即旨在使所有分子平行的磁場(chǎng)和使分子方向帶有偶然性的熱運(yùn)動(dòng)之間相互競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，那么就有可能通過削弱熱運(yùn)動(dòng)，亦即降低溫度而非增加磁場(chǎng)強(qiáng)度，來提高磁化程度。這已經(jīng)得到實(shí)驗(yàn)的確證，實(shí)驗(yàn)中的磁化作用與絕對(duì)溫度成反比例，定量結(jié)果也符合理論（居里定律）。借助現(xiàn)代設(shè)備，我們甚至可以通過降低溫度令熱運(yùn)動(dòng)減小到極弱的程度，從而使磁場(chǎng)的定向作用有把握至少讓氧氣分子達(dá)到相當(dāng)高比例（如果不是全部）的“完全磁化”。這種情況下，我們不會(huì)再看到磁場(chǎng)強(qiáng)度的加倍帶來磁化程度的加倍，而是隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，磁化程度的提高相比于此前會(huì)越來越小，并接近所謂的“飽和狀態(tài)”。這一預(yù)言同樣通過實(shí)驗(yàn)在定量上得到了確證。

請(qǐng)注意，這一現(xiàn)象完全依賴于分子的巨大數(shù)目，大量的分子共同作用時(shí)才會(huì)產(chǎn)生可觀察的磁化作用。否則，磁化絕不可能保持穩(wěn)定，而是每時(shí)每刻都會(huì)極不規(guī)則地波動(dòng)，成為熱運(yùn)動(dòng)與磁場(chǎng)此消彼長(zhǎng)、兩相競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。