一、星尘——相变、稳相皿与星尘力学[1]
物质系统中物理、化学性质完全相同,与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相。相变是物质从一种相转变为另一种相的过程。相变动力学指出,具备相变条件的系统一旦获取相变推动力,系统就具有发生相变的趋势。
从热力学机制上看,相变分为一级、二级与多级相变,通常把伴有相变潜热和体积突变的相变称为第一类(或一级)相变。从星尘提炼过程中释放出的恐怖能量来看,其应属于一级相变。若提炼过程同时伴有热容跃迁或出现居里点,则为一二级混合相变。
从动力学机制上看,相变又可以分为匀相转变和非匀相转变。
匀相转变没有明确的相界,相变是在整体中均匀进行,其相变过程中的涨落程度很小而空间范围很大;非匀相转变是通过新相的成核生长来实现,相变中母相与新相共存,成核过程将不再均匀地分布于整个系统,涨落的程度很大而空间范围很小。
二级相变总是按匀相转变方式进行的,也有一些一级相变是按匀相转变方式进行的,例如失稳分解。
星尘相变可能两者兼有,但可以肯定的是,星尘的非匀相转变技术前景更为广阔,这点在后面的星尘力学处再提。
稳相皿应该使用了对应的相变材料来解决星尘储存和能量逸散的问题。
当星尘相变发生时,相变材料在其相变温度附近提前发生相变以吸收大量热量,进而达到调整和控制星尘周围环境温度的目的。
该相变材料应具备储能密度高、辐射吸收能力强、导热换热效果好、相变环境维持稳定、可循环次数多、安全等特征。
在星尘发现之前,广泛用于相变领域的理论有居里原理(针对晶体相变)和朗道理论(针对连续相变)。
伴随着星尘力学的发展,相变理论日趋完善,其中一项就是星尘的非匀相转变技术。绝大多数相变,需要先形核,再扩散长大形成新相。
形核是指原子集团在母相的很小尺度范围内形成核心。星尘的非匀相转变之所以比匀相转变更具前景,是因为非均匀成核比均匀成核更容易发生,形核功更小,形核率更高。
背后的机理比较复杂,简单解释就是非均匀成核所需要的能量更少,从而使成核过程所需越过的势垒降低,进而使非均匀成核可在较小的相变驱动力下进行。
这将导致临界形核功的降低,从而大大促进形核过程,提高形核成功率。得益于此,非匀相转变的成本更低,且效益远大于匀相转变。
官方记载的非均匀相记录首次出现于N.E628(A.D4128)年3月24日。当天,一体汉和的鸾羽号舰长在日志中提到“非均匀相星尘引擎顺利完成升级”。该引擎以星尘为动力,具备FTL技术(Faster-Than-Light,超光速。由于光速壁障的存在,该引擎可能采用的是曲率驱动[2]的方式来变相达到超光速。)仅两年后(A.D4130),鸾羽号成功泊入适宜行星轨道,定居辉夙星。
自首次接触落日晶后,人类用了六年的时间找到了星尘相变的临界点,又用了六年开发了相变储存技术,但却用了2000年才顺利升级非均匀相引擎,侧面印证了人类“对星尘相变认知的浅薄”。
