玻璃序参量的本质

在玻璃物理中，序参量长期以来被用于玻璃的热力学描述，但其本质尚不清楚。困难在于如何在无序系统中找到序。通常将玻璃视为例外情况的处理方式在热力学中导致了严重的内在不一致。该问题被归结为热力学中定义状态变量的一个基本问题。本研究从热力学中定义状态变量的基本问题出发，对玻璃与晶体的序参量本质提供了连贯的理解。状态变量被定义为在约束条件下动力学变量的时间平均值，前提是时间平均收敛于唯一值。这一性质称为时间不变性。一旦建立平衡，它在任意时刻测量都给出相同的值。由该定义可推得，固体的状态变量是构成该固体的所有原子的平均位置，与周期性无关。序参量的一般性质与状态变量的时间不变性完全相容。对于玻璃，平衡位置既是状态变量也是序参量。由于平衡位置是序参量，任何由平衡位置决定的性质也可成为序参量。这解释了为何许多量可用作序参量。对称性在原子的平均位置间引入了冗余，减少了独立状态变量的数目。常被宣称的序与周期性的关联缺乏普适性，正如 DNA 等大量良有序材料的例子所说明的那样。热力学中的序意味着时间不变性。