臨界現象（読み）リンカイゲンショウ（その他表記）critical phenomena

デジタル大辞泉

りんかい‐げんしょう〔‐ゲンシヤウ〕【臨界現象】

物質が臨界点の近傍で、比熱・磁化率などに異常性を示すようになる現象。

出典　小学館

精選版 日本国語大辞典

りんかい‐げんしょう‥ゲンシャウ【臨界現象】

1. 〘 名詞 〙 液体を密閉して温度を上げるとき、液体と気体の区別がつかなくなるような状態（臨界状態）で起こる現象。比熱、磁化率などに異常性を示すようになる。

出典　精選版 日本国語大辞典

改訂新版　世界大百科事典

臨界現象 (りんかいげんしょう)
critical phenomena

一般に二次相転移点近傍でゆらぎが非常に大きくなり，物理量に異常性が現れる現象をいう。例えば気相-液相の臨界点では，密度が不安定になって密度の大きなゆらぎが現れ，その結果，光の散乱が異常に大きくなる。これは臨界散乱と呼ばれている。⁴Heの液体である液体ヘリウム4が超流動状態になるときには，エネルギー密度に大きなゆらぎが現れ，比熱が対数的に発散することが実験的に知られている。さらに強磁性体では，磁化率がキュリー点で発散する。このように，二次相転移点では，一般に物理量が異常性を示す。自然現象の中で，きわだった現象は，相転移を伴って起こるものが多い。例えば，超伝導，超流動，強磁性の出現，強誘電性の出現，液晶状態の出現などがある。この意味で，相転移および臨界現象を一般的に研究することは，物性物理学の基礎にかかわる重要な問題で，さらに最近は，素粒子，とくにクォークの閉じ込めの問題に関連して，格子ケージ模型の相転移が盛んに研究されている。また，宇宙の初期の問題でも相転移の概念が重要な役割を果たしつつある。

　さて，それでは臨界現象はどのようなメカニズムで起こるのであろうか。ひと口にいえば，相転移という対称性の破れに伴って，対称性の高いほうの相（通常の場合は無秩序相）が不安定化し，対称性の低い相（秩序相）に移る直前，臨界点より少し上のところで，局所的には秩序のある状態，つまり，大きい相関距離をもったクラスターが現れ，ゆらぎが異常に大きくなる。これが臨界現象である。したがって，二次相転移のように，一つの相が不安定化し，他の相に移るときには，多かれ少なかれゆらぎの異常性が現れることになる。

　ゆらぎの強さを特徴づける指標が臨界指数critical indexと呼ばれるもので，通常，α，β，γ，δ，……のようにギリシア文字で表される。実験によれば，物質の相転移において，物理量は相転移点（臨界点）の近傍で，絶対温度をT，臨界点（の絶対温度）をT_cとすると，一般に｜T－T_c｜^νのような形で変化することが知られている。そこで，例えば比熱cの場合，換算温度t≡（T－T_c）/T_cを用いて，｜t｜≪1（臨界点近傍）に対して，c≅At⁻^αとおいたとき，αが比熱の臨界指数となる。また例えば強磁性体の自発磁化M_sのような秩序パラメーターを同様にM_s∝｜t｜^βとして，T＝T_cで0になるものとすれば，βが秩序パラメーターの臨界指数となる。さらに，外場に対する応答の臨界指数γは，例えば，磁場に対する応答としての磁化率χ_sをχ_s∝t⁻^γとおいて定義される。分子場近似というもっとも簡単な近似を用いると，α＝0，β＝1/2，γ＝1となる。臨界点のごく近傍を除けば，分子場近似の結果はよくあてはまるが，臨界点のごく近傍で，精度を上げて実験すると，分子場近似の結果からのずれが観測される。

　物質によって，臨界指数の値は変化するが，その間に一般的な規則性が存在することが発見されている。それは，普遍性とスケーリング則である。臨界指数は，体系の細かいことにはよらず，系の次元や相互作用の対称性などのように本質的なパラメーターにのみ依存するというのが普遍性の主張である。またいろいろな臨界指数は互いに独立でなく，一定の関係（スケーリング関係式）があり，独立な臨界指数の数は二つである。例えば，α＋2β＋γ＝2などの関係式がある。この物理的理由は，L.P.カダノフによって与えられた。それはセル解析と呼ばれる現象論で，セルの中の多数の自由度をセル変数で代表させ，全体系の自由エネルギーは，セルの大きさを変えても不変な形に表現されるという要請を置くことによって，スケーリング則を満たす自由エネルギーの解が見つかった。その特徴は，いくつかの物理量の拡張された同次式になっており，自己相似な構造をもっていることにある。この現象論にミクロな内容を与えたのが，K.G.ウィルソンで，彼の方法は，くり込み群の理論と呼ばれ，多くの多体問題に使われつつある。これは，いわば，多体系の自由度を少しずつ消去し（くり込みの手法），それによって物理量の漸化式を作り，その固定点とそれへの近づき方から臨界点と臨界指数を求める方法である。この方法の出現により，臨界現象の研究は画期的に進歩し，さらにこの方法は，最近，乱流，近藤効果，カオスなどの問題にも応用されている。
→相転移
執筆者：鈴木 増雄

出典　株式会社平凡社「改訂新版　世界大百科事典」

最新 地学事典

りんかいげんしょう
臨界現象

critical phenomenon

臨界点において液体と気体の体積差Δv, 蒸発の潜熱Δhは0になり，液体・気体の区別が消失してしまう現象。一定温度で純物質の気体を圧縮していくと容積は縮小し，ある一定圧力Pで液化が起こる。完全に液化すると圧縮に応じて液体の容積は縮小する。この現象はP-V図上で等温線によって表現される。この等温線は，液体を表す高圧側の部分，気体を表す低圧側の部分，気体と液体の共存を示す水平部分（定圧）の三つの部分からなる。十分に高い温度T_cに対してはこの水平部分は消え，連続曲線の変曲点となる。この変曲点（T_c, P_c）を臨界点という。臨界点では，（∂P/∂V）_Tc＝0，（∂²P/∂V²）_Tc＝0，（∂³P/∂V³）_Tc＜0が成り立つ。またdP/dT＝Δh/TΔvであるから，臨界点以上の温度・圧力ではdP/dTは不定値をとることになり，P-T図上で蒸発曲線は臨界点（P_c，T_c）で終わる。多成分系においても，定圧下である温度以上（以下）または定温下である圧力以上（以下）では，いかなる組成についても共存する2相の組成が同一になる現象を臨界現象といい，その点を臨界点というが，その温度・圧力は2相共存の最高温度（臨界温度）・最高圧力（臨界圧力）と一致しない。気相・液相の共存を示すP-T曲線は各組成ごとに存在し，これらすべてに接する曲線がこの系の臨界曲線（critical curve, plait-point curve）である。臨界現象を示す多成分系では気相・液相の共存は一定の組成範囲に限られ，その限界を臨界組成（critical composition）という。2成分が固・液・気相に配分されるような3相系の臨界現象では，固相の晶出によって系の蒸気圧が臨界圧力を超えることがある。これをP-Q型（P-Q type）の臨界現象といい，H₂O-SiO₂系のような非揮発成分の溶解度の小さい系でみられる。P-Q型臨界現象では1変系ではなくなり，圧力は温度のほか体積・各成分量などの関数となる。

執筆者：松本 隆

出典　平凡社「最新 地学事典」

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

臨界現象
りんかいげんしょう
critical phenomenon

相転移点の近傍で見出される異常現象の総称。気相-液相転移に伴う蛋白光現象，固相-液相転移に伴う両相の密度差のゆらぎ，強磁性体の磁化率のキュリー点近傍における異常増加などはすべて相転移点から十分離れた領域ではみられない現象である。これは秩序変数のゆらぎが相転移点の近傍で異常に増大することに起因する。個々の臨界現象は物質により，また相転移の性質により異なった様相を示すが，共通な本質的要素をもつことを突止め，普遍的な形式でまとめることに成功している。このなかに現れる普遍的な定数の1つに臨界指数がある。臨界点の近くで，たとえば磁化率 χ が χ∝(T－T_c)^-r という形で与えられると，この定数 r が相互作用の距離，次元のみに依存し，物質に依存しないことがわかっている。 T_c はキュリー温度である。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

世界大百科事典（旧版）内の臨界現象の言及

【気体】より

…　臨界点の近傍では，さまざまな物理量はそれ固有の異常性を示す。この現象を臨界現象という。例えば，T≦T_Cの場合，臨界点の近くで，上述のV_GとV_Lに対して，　V_G－V_L∝(T_C－T)^βの関係が成り立つ。…

※「臨界現象」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

出典｜株式会社平凡社「世界大百科事典（旧版）」