7.原子量与精确性成正比的第一个例子（顺磁性）

让我试着通过几个例子来阐明这个道理吧，以下是从数千个例子中任意挑选出来的，也许对初学者来说并不是最好的例子。初学者首先要明白“物体的状态”这个概念，这是现代物理和化学中最基本的概念，就像生物学中的生物是由细胞组成，天文学中的牛顿定律，以及数学中的整数是1、2、3、4、5，等等。我并不期待一个初学者能从接下来几页中充分理解这门学科，这个与路德维希·玻耳兹曼[4]和威拉德·吉布斯[5]等光辉名字联系在一起的学科，在教科书中称之为“统计热力学”。

如果在一个椭圆形的石英管里注入氧气，并且把它放进磁场，你就会发现气体被磁化了[6]。这是因为氧气分子就是小磁体，所以会倾向于平行于磁场，像指南针一样。但你不可以认为所有的氧气分子都变得平行于磁场了，因为如果你把场强加倍，氧气的磁化强度也随之加倍。氧气的磁化强度随着场强成正比例变化。

这是一个特别典型的单纯统计学定律的例子。磁场的方向持续受到原子热运动的抵消，因为热运动是没有固定方向的。这种相互斗争的结果，使得磁偶极子轴（氧分子小磁体的南北极轴）同方向间的夹角是锐角的概率略微超过是钝角的情况。尽管正如前文所说，单个原子总是无休止地改变方向，然而由于它们数量巨大，所以从大体上来看，它们会产生沿磁场方向排列的趋势，同时这种趋势与场强成正比。这种突破性的解释是由法国物理学家保罗·朗之万[7]做出的。可以由以下方式检验。如果我们观察到的这种弱磁化现象真的是上述两种运动中和的结果，（也就是说，磁场的目的是让所有分子都按它的方向排列，而热运动则是随机取向）那么想要通过削弱热运动来增强磁化强度就是可能的。换言之，通过降低温度，而不是加强磁场，我们便可以增强磁化强度。

图1　顺磁性

此规律已由实验证实：物体的磁化强度与绝对温度成反比，与“居里定律[8]”定量相符。现代的实验设备可以通过降低温度，把热运动降低到我们难以想象的地步，从而可以使我们更加直观地观察磁场的取向特征。实验证明，即便不是全部，至少也有很大一部分“完全磁化”。但在这种情况下，即使我们把场强加倍，磁化强度也不会随之加倍，而是增加的量越来越少，越来越接近于“饱和”。这种预期也在实验中被定量证实了。

不过，我们不能忽视的一点是，以上实验结果受分子数量的影响，如果分子数量不够多，那么磁化现象就是不稳定的，变为无休止的不规则波动。当然这就是热运动与磁场之间相互作用制衡的有力明证。