tiheysvaihteluita

Tiheysvaihtelut ovat paikallisia poikkeamia aineen tiheydestä suhteessa sen tilapäiseen tai tilastollisesti määriteltyyn keskiarvoon. Ne esiintyvät tasapainotilaisissa järjestelmissä, kuten nesteissä ja kaasuissa, sekä plasmoissa ja materiaaleissa, ja ne voivat syntyä termisen liikkeen, faasimuutosten tai ulkoisten vaikutusten seurauksena. Tiheysvaihtelut kuvaavat, miten tiheys vaihtelee sekä tilassa että ajassa.

Matemaattisesti tiheysvaihtelut määritellään delta rho(r,t) = rho(r,t) - <rho>, jossa rho on paikallinen tiheys ja <rho> sen keskimääräinen arvo. Näitä vaihteluita voidaan käsitellä tilastollisesti korrelaatiofunktion C(r,t) = <delta rho(x,t) delta rho(x+r,t)> avulla sekä Fourier-käänteiden kautta määritellyllä taajuus- tai runkamuodolla S(k,t) eli rakennefaktorilla. Pitkälle vietyinä ja dynamisina ilmiöinä voidaan tarkastella dynamiikkaa S(k,ω), jossa ω on taajuus.

Käyttökonteksteja ovat muun muassa termiset tiheysvaihtelut nesteissä ja kaasuissa, kriittinen käyttäytyminen faasimuutosten yhteydessä sekä tiheysvaihtelujen kasvu lähellä kriittisiä pisteitä, mikä voi johtaa opalesenssiin. Mittausmenetelmät kattavat valon skannauksen (Rayleigh- ja Brillouin-skaalaus), neutron- ja X- ray-skaalauksen sekä dynaamisen valosähkökirjoituksen.

Ollakseen yhteydessä lämpöopillisuuden ilmiöihin tiheysvaihtelut liittyvät isännän reaktioihin ja herkkyyteen isothermalisen/compressibilityn kautta. Fluktuaatioihin ja vasteisiin viitataan usein fluctuation-dissipation-teoreemaan, jolla yhteys tiheysvaihtelujen voimakkuuden ja järjestelmän vasteellisten ominaisuuksien välillä nähdään, mikä sitoo mikro- ja makro-ominaisuudet toisiinsa.