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要宣布翻篇了?那我磁化损失呢,厉娜

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都重新见面了

怎么还没和好?

从《后会友期》看物理

外场变了,过去还算数

今年,网友学会了一种给日常生活增加宿命感的方法:在句尾加上“厉娜”。

“我下班了”,是打卡。

“我下班了,厉娜”,像刚结束十五年的流放。

“我不想上班了,厉娜”,则说明流放明早九点还要继续。

这个句式来自最近的综艺《后会友期》,许飞在悬崖小屋喊出——“我画地为牢,厉娜”,她沉重的心事很快被网友搬进了工位、食堂和购物车。


图1|“流放明早九点还要继续”的实物版。图源:网友二创,原作者见图内水印

网友拿它造句,追节目的人则拿它问另一件事:她们到底和好了没!!!

说没和好吧,两个人能一起回忆过去,能互相拍照,烧烤时还顺手替对方扇烟。说和好吧,一碰旧事,又各有各的过不去。

为了试图理解这种“矛盾”,得先看一块机械硬盘。

因为“外界影响结束了,内部状态却保留下来”这件事,人类早研究了,还拿来存了几百G的照片。

不过,这次我们不拿硬盘开刀,它不懂和解,但比人类更懂什么是“事情过去了,影响没过去”。


PART 01

还买鸭舌呢,外场早变了

许飞说,自己原本不太吃零食,是厉娜带她吃鸭舌,教她像嗑瓜子那样吃。后来出差,她还会买,只是不知道厉娜现在还吃不吃。


图2|许飞回忆当年一起吃零食的习惯。图源:芒果tv

共同生活结束了,当年养成的习惯还在。我们也可能有这种习惯:朋友早就搬去了另一座城市,点菜时却还记得她带你吃过的口味。联系方式在通讯录里落了灰,那家店倒一直留在收藏夹。


撤场不等于清空


现在,让我们给这些铁磁材料施加外磁场,它们会产生磁性——也就是常说的磁化。不过当我们把磁场慢慢撤到零,按照“Ctrl+Z撤销”的理解,磁化的效果也该退回到零。

实际不一定。

外场没了,但材料里仍可能留有一部分磁化,这叫剩磁。

你家的冰箱贴是一个日常代表:它不需要每天通电回忆当年是如何觉醒磁性力量的,只需要安安静静地吸在冰箱上,岁月静好。

桥归桥,路归路:外场是外界施加的条件,磁化是材料自己的响应。撤掉外场,只改变了前者。后者会怎么走,还要看内部结构、相互作用,以及此前经历过什么。

借这个区分看友情,“外场”正如那句“人是所有社会关系的总和”,是每次具体的接触:每一天的吃喝拉撒睡、每一句问候、每一次解释、每一场争吵。

材料也有类似“重过程”的现象:从较强的正向磁场减下来,和从反向磁场加上来,即使最后停在同一个外场数值,磁化状态也可能不同。

而当我们把去程和回程画出来,却发现,这两条线往往并不重合,这就是磁滞回线。“磁滞”的英文 hysteresis 源自希腊语,大意是“落在后面”。它说的不是反应慢:而是即使外场变化得足够慢,去程和回程仍可能分开。


图3|同样是 H=0,内部磁化可以不同

所以,重新联系只是给了两个人一个共同的现在,共同的过去不能通过补签卡自动补齐。

更扫兴的是,一块材料第一次磁化时,会走一条初始磁化曲线;一旦有了磁化历史,再撤场也不会重走“从没被磁化过”的那一段,磁体与人殊途同归,这怎么不算一种“不能两次踏入同一条河流呢”?

“重新认识一下”当然可以,只是第二次见面时,双方都已不是第一次站在河里的自己。


记得住,也要改得动


怎样抵消已有的磁化?光撤外场往往不够。以充分磁化后的材料为例,可以反方向加场,这个使总磁化降到零的场强的大小,我们称它为矫顽力。(ps:这里的零是在特定外场下测得的;把这个反向场撤掉,可能还有剩磁。让一个读数归零,和把材料恢复到原来的状态,也不是一回事。)

萝卜青菜各有所爱,软磁材料希望矫顽力小,方便反复改变磁化;永磁材料则希望矫顽力大,免得冰箱贴遇到一点扰动就当场失忆,每个材料都能找到属于自己的天赋用途。

机械硬盘把这种保持能力做成了产业:写入时,磁头把它翻到想要的方向;写入结束、电脑关机,信息还在。你存进去的几百G照片,本质上就是无数个“当外磁场已下班,还在值班”的小磁区。

人还比材料多一层麻烦:会解释、会反问,也会根据对方的回应改变想法,所以我们无法定量评估发的三条消息等于多少特斯拉。

外界条件变了,内部状态未必立刻跟着变。至于究竟卡在哪儿,就得从许飞那句“画地为牢”慢慢讲起了。


PART 02

“画地为牢”,这个牢为什么出不去

“我是被宣判的人,我能去哪儿啊,我画地为牢,厉娜。”

写这篇文章时,节目正片甚至还没播到这一段,这句话已经先在网上爆红。它的魔力,还多亏另一段画面的配合:厉娜听完去查了“画地为牢”是什么意思,还点了麦当劳。两段剪在一起,得出一句很难不笑的总结:

许飞画地为牢,厉娜吃麦当劳。


图4|网友先把“牢”画出来了。接下来看看,没有栅栏时,材料还能怎样被困住。图源:水印


有出口,也得先爬坡


物理里的“牢”,甚至不需要“墙”,一圈坡,就够困住很多东西。

想象一片起伏的地形。小球待在某个山谷里,旁边也许有更低的位置,但要过去,得先爬坡。终点更低,不代表中间没有上坡路。


图5 | 紫色、橙色路径表示失败的尝试,蓝色路径表示成功越过能垒。

这种“局部稳定、整体未必最稳定”的状态,叫亚稳态。要离开它,需要克服的能量门槛,叫能垒。

要想越过能垒,既不能靠情绪价值,也不能靠弹幕众筹。

磁场会改变能量地形:与外场同向的磁化通常更有利,反向状态相对不利;某些能垒就这样随着外场改变。


图6|相邻状态能量更低,也得先越过门槛。外场既会改变谷底的高低,也会改变能垒。


畴壁怎么就卡住了


但地形变了,材料未必顺滑地越过去。把一块多畴铁磁材料放大,才看清里面还有不少施工障碍。

材料内部并非所有磁矩都朝同一方向,而是分成一个个小区域;同一区域里,磁矩大致同向,这样的区域就叫磁畴。不同磁畴的磁化方向可以不同。相邻磁畴之间,磁化方向逐渐转变的过渡区域叫畴壁。外场变化时,一些磁畴扩大、另一些缩小,往往伴随着畴壁移动。


图7|畴壁里不是突然换向。上图(Néel壁)在图面内逐渐转过,下图(Bloch壁)还经过垂直图面的方向。图源:[13]

缺陷、杂质、晶界和局部应力都可能阻碍畴壁移动,这叫钉扎。像搬桌子过门,总有一只桌脚卡在门框上。


有门,但卡住了...

外场较弱时,畴壁可能只在障碍之间弯一弯;撤掉外场,它又恢复,这部分变化近似可逆。外场继续增加,畴壁可能挣脱障碍,跳到新位置。跳过去以后,撤场却未必能让它原路返回,这就可能留下不可逆的改变。


图8|先弯曲,再越过缺陷


磁化的跳跃,还能听出来?


外场持续增加,内部可能先局部调整、被卡住,再突然动一截。而且各处并不独立:一次局部翻转会影响周围的有效磁场,可能带动邻近区域接连变化,形成大小不一的磁化“雪崩”。

用线圈探测磁通变化,把感应出的电信号放大后接上扬声器,可以听见细碎的噼啪声,叫巴克豪森噪声。这一现象由海因里希·巴克豪森于1919年发现。

声音来自仪器对磁化跳跃的转换。听起来,像隔着锅盖听爆米花。


图9|磁化的跳跃可以“听”出来:线圈检测磁通变化,信号经放大器送到扬声器。

当然,磁铁不是人,噼啪几声也做不了情绪诊断。但这段对谈里那些谈不动的地方,倒真有点像畴壁被钉住。


PART 03

弹幕都在劝,怎么又说回去了

绕回老路?这观众们可太熟了!看到俩人互拍互怼而庆祝的香槟开早了,取关等等的旧账马上又现。

磨人呐!


图10|网友据《后会友期》画面二创。图源网络


小圈里的转折点


磁滞材料也有这种走法。外场不沿主回线一直变化,只在某个范围内反复增减,就可能在主回线里绕出小圈,叫次回线。

不能只看小圈绕了几次,还得看在哪两个端点之间往返:有的局部变化可以恢复,有的已经越过障碍,还有一些部分始终没有达到改变的条件

实验记录只写“循环三次”,跟只写“谈了三次”一样,信息量都很有限。谈过哪里,又停在哪里,往往更关键。

在满足特定条件的体系里,还会出现回点记忆:外场走完小圈、回到先前的转向点时,系统能恢复到那个转向点的状态,并接回原来的支路。大圈里还可以嵌套小圈,保留一层层转折的历史。

这不是所有真实材料都严格遵守的规律。有些材料反复循环时,状态仍会继续演变。所以这种情况也不是不可能发生:“浪子这真能回头”,哪怕中间变化过,回到变化的点,后续响应仍按照原来的走法。


图11|B→C→B:在具有回点记忆的体系中,回到转向点,还能接回原来的支路。


回到原点,照样耗能


走上这么一圈,物理也不宣判两清。在常用的B—H 磁滞回线图上,回线面积对应单位体积每循环耗散的能量,最后变成热。


图12|这次纵轴换成了磁感应强度B。在正文所述测量条件下,回线面积对应单位体积每循环耗能。图源:Stanford Magnets

坐标回来了,电费流走了...


图13|聊了好几轮以后。图源网络。

时间还有一笔慢账。


PART 04

油烟扇走了,旧事还在后台

节目里倒有一个处理得非常迅速的问题。

烧烤时,许飞看到厉娜走近,顺手把烟扇向另一边。动作很自然,效果也很明确:厉娜这边少了油烟,另一边其他嘉宾多承担了一些。

油烟当场转移,十五年的旧事没跟着出锅。


这个动作很熟,也很自然。再加上教对焦、互相吐槽,这次是真的“读者不难自证”了:难道已经和好了?但此时此刻,并不恰如彼时彼刻。此刻熟悉、此刻照顾,并不等同于旧问题解决了。


外场没变,内部还在变


材料实验里也有类似的情况:外界条件不再变化,内部还可能继续变化。

某些磁性材料在外场不变后,磁化仍会随时间缓慢改变,这叫磁黏滞。热涨落可能帮助局部区域越过能垒。常用的热激活模型里,平均等待时间近似为:

τ ≈ τ₀ · exp(ΔE / kBT)

τ 是平均等待时间,τ₀ 是与微观动力学有关的尝试时间,ΔE是能垒,T是温度。能垒高一点,等待时间可能增加很多个数量级。


图14|正文公式中的ΔE,在这张图中记作E_B:从谷底到能量峰的差,才是翻转需要跨过的门槛。图源:[14]

ΔE 是能垒,T 是温度。能垒高一点,等待时间可能增加很多个数量级。真实材料里的能垒并不整齐:低能垒的部分先翻过去,高能垒的部分慢慢跟上。若这些能垒分布得足够宽,许多快慢不同的过程叠在一起,磁化在某个时间窗口内就常近似随时间对数变化——前一段动得快,后面拖着一条慢尾巴,而不是每分钟均匀地变一点。


图15|实测例子:固定反向外场后,钕铁硼磁体的磁极化 J(与 M 成正比)仍继续减小。横轴为对数时间;圆点是测量值,虚线是对数段拟合。图源:[11]

一次谈话之后,人也需要时间整理。对方要想想你说了什么,你也可能过两天才意识到,自己真正在意的问题没有说清楚。

等待本身也不等于修复。前面那块磁体先放一边,一些玻璃态材料即使放在恒温环境里,内部结构仍会随着时间缓慢重排,性质跟着改变,这叫物理老化。

时间会让事情继续变化,但不一定朝我们希望的方向变化。


体积对了,还没平衡


还有一种更容易误判的情况:某个读数已经正常,内部却还没有达到平衡。

玻璃态材料里的Kovacs效应就是一个例子:先让材料在较高温度下平衡,再降到较低温度并等待,之后升到一个中间温度。通过选择等待时间,可以让材料在最后一次调温后,体积恰好等于最终温度下的平衡体积。

可继续保持温度、压力不变,体积却可能先偏离这个值,之后再慢慢回来。


图16|Kovacs“驼峰”的模拟例子:一些经历不同等待过程的曲线先升后降。横轴为对数时间,纵轴为体积;关注虚线右侧的后续演化。图源:[12]

因为总体积由许多快慢不同的内部过程共同决定。某一刻,它们的影响恰好抵消,总读数落在正确值上;接下来,有的过程先变化,有的后变化,原来的抵消就被打破了。

可以粗略想成几个水龙头往同一个水槽里注水:一个开得太大,另一个开得太小,合起来水面刚好到刻度;这时大的那个先关小一点,小的还没调大,水面反而落下去了。等小的也慢慢补上,水面才回到刻度附近。

所以,轻松相处之后又出现顾虑,不必把前面的缓和全判成假的能一起吃饭,但暂时不想交心,也是一种规律之内的状态。


PART 05

所以,下一次开口能做什么

说了这么多,当然不是劝大家给旧友加磁场。

物理里的外场、能垒和回线,能帮助我们检查观察方式:没联系不等于没影响,聊过不等于聊清,相处自然也不等于所有问题都解决了。

至于下一次怎么开口,物理没有配方,人际研究倒能提供一点参考。


先发条普通消息


如果只是忙着忙着疏远了,没有明确的矛盾,也不必等一段足够郑重的开场白。

2022年在线发表的一组研究发现,人们往往低估别人对自己主动联系的好感度加成,哪怕只是一条简短留言。对没有明确拒绝联系的旧友,普通问候可能比你预想的更受欢迎。

比如:今天路过以前常去的那家店,发现还开着。你最近怎么样?


图17|给自己一点发出普通问候的勇气。


把道歉说具体


如果确实发生过具体伤害,光有一句“在吗”就不够了。

关于道歉结构的情境研究发现,包含解释、责任和补救的道歉,通常比只表达后悔或急着求原谅更有效。

“我已经很难过了,你为什么还不原谅”,主要还在说自己的感受。;“上次是我做错了,以后涉及你的私事我会先问”才交代了事实、责任和下一步,,也把要不要继续谈的选择留给对方。


图18|“只是因为我愿意,和她一起浪费时间。”一起相处,本身也可以是一件具体的小事。

先把这次联系完成,不必替关系写下happy ending。用不着把所有过去清零,才算发生了改变。

看到这里,如果你想到一个很久没联系的朋友,不如先发条普通消息。


互动环节


那么——来做个小实验吧!

如果现在只能给一个很久没联系的朋友发一句话,不能发“在吗”,也不能提旧账,也不能问“我们算什么”,为了让对方接话——你会发什么?

顺便给评论区留个可以抄的作业:你收到过、或发过,最有效的一句破冰消息是什么?


如果一时想不起来,也可以按这个格式现写一句:

“今天______,突然想起你。”

不用真的发出去,先写在评论区。要是真发了,欢迎回来汇报对方回了什么。

我先问问她最近还吃不吃鸭舌了,厉娜。

参考文献

  1. Cullity, B. D., & Graham, C. D. Introduction to Magnetic Materials (2nd ed.). Wiley-IEEE Press, 2009.

  2. Bertotti, G. Hysteresis in Magnetism: For Physicists, Materials Scientists, and Engineers. Academic Press, 1998.

  3. Durin, G., & Zapperi, S. The Barkhausen effect. In G. Bertotti & I. Mayergoyz (Eds.), The Science of Hysteresis, Vol. II, pp. 181–267. Elsevier, 2006. arXiv: cond-mat/0404512.

  4. Sethna, J. P., Dahmen, K. A., Kartha, S., Krumhansl, J. A., Roberts, B. W., & Shore, J. D.Hysteresis and hierarchies: Dynamics of disorder-driven first-order phase transformations. Physical Review Letters, 1993, 70(21): 3347–3350. DOI: 10.1103/PhysRevLett.70.3347.

  5. Sethna, J. P. Return Point Memory. Cornell Laboratory of Atomic and Solid State Physics.

  6. Street, R., & Woolley, J. C. A Study of Magnetic Viscosity. Proceedings of the Physical Society. Section A, 1949, 62(9): 562–572. DOI: 10.1088/0370-1298/62/9/303.

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编辑:辣条

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