鲁达
照片说明：相变示意图。
普林斯顿大学（Princeton University）、北京大学（Peking University）和纽约大学（New York University）的一项联合研究表明，看似简单的相变过程，即物质状态之间的转化，比我们之前理解的要复杂。他们的研究发表于Science杂志，揭示我们需要重新审视相变这一科学构件，并且认真思考解释物质形态的一些基本原则在课堂上是怎么讲的。研究者在微观层面上检验了固体熔化的相变过程，发现转化过程比以前模型解释的要复杂得多。
纽约大学化学和应用数学系教授Mark Tuckerman说：“研究表明，与我们之前所知的相反，相变可以有多个途径。这意味着我们在课堂上教授的简单相变理论是错误的。”他也是这项研究的合著者之一。
根据Tuckerman教授的理论，科学家们需要改变对相变的认识和教学。
Weinan E解释说，这项工程源于一个普林斯顿大学的10年计划，此计划的方向是发展出一套数学构架和计算机算法来研究系统中的复杂行为。Weinan E是普林斯顿大学的数学系（Department of Mathematics）和应用与计算数学项目（Program in Applied and Computational Mathematics）的一名教授。E教授说，相变是他们算法中十分重要的测试用例。
E教授说：“为研究诸如相变之类的复杂现象，我们开发了一套功能强大的工具，而相变正是其中的一个测试用例。我们已经证明，相对简单的原子固体（比如金属）的熔化过程非常复杂。在此基础上，我们的下一个目标是探索更为复杂的分子固体，比如冰。”
研究结果表明，相变可有多条竞争性的途径，整个过程至少有两个阶段。在一条相变途径中，第一阶段是形成点缺陷，即指出现在结晶固体中一个单晶格上或其周围的局部缺陷，这些缺陷有很强的活动性。在第二阶段中，点缺陷任意移动，偶然聚集形成大型不规则的缺陷群。
这个机制的预测结果是此缺陷群从外向内生长，而不是目前解释的从内而外。Tuckerman教授表示，经过一段时间，这些缺陷群会变大，最终大到能引起固态到液态的相变。
在另一条相变途径中，缺陷发展成为不规则的细条，也被称为位错（Dislocation），这些位错逐渐延伸至整个系统。小液体区域慢慢沿着位错移动，从位错区域延伸，吞噬越来越多的固体，直到整个系统变成液体。
本研究跟踪铜和铝金属从原子固体变化成原子液体的过程并以此建模。研究人员利用先进的电脑模型和算法在微观层面上重新检验了相变的过程。
Tuckerman教授说：“相变过程一直有那么几分神秘，因为它代表了物体状态的剧烈变化。当一个系统从固态变成液态，它的属性也发生了显著变化。”
他还表示这个研究揭示了以前形核模型和相变模型的严重不足，并且填补了基础科学认知上的空白。
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