7.它們的精確性是以大量原子的介入為基礎的第一個例子（順磁性）

說到這里，我不妨用幾個例子來說明這點。以下是從眾多的例子中隨意挑選出來的幾個，對于初次涉及自然科學的讀者來說不一定是最好的例子。自然界的狀況在現代物理學和化學中是最基本的概念，就像生物學中有機體是由細胞構成的，或者天文學中的牛頓定律，甚至數學中的自然數數列1，2，3，4，5……等基本事實一樣。因此，我并不奢望一個初涉這一問題的讀者讀了下面幾頁就能徹底理解和解釋這個問題。這個問題是與路德維希·玻耳茲曼6、威拉德·吉布斯7的光輝名字聯系在一起的，在教科書中稱之為“統計熱力學”。

圖1　順磁性

如果在一個長方形石英管里注入氧氣，并且把它放進磁場，你就會發現氣體被磁化了8。由于氧分子是一些小的磁體，于是它們就會像指南針似的始終與磁場保持平行的趨勢，這樣我們就看見了氣體磁化的現象（圖1）。也許你會誤認為它們都與磁場的單一方向平行，其實不是這樣的。因為如果你增加磁場，氧氣中的磁化作用也隨之增強，更多的氧氣分子就會趨向于這個方向。磁化效應會隨著磁場強度的增加而增強，它們之間是一種正比例的關系。

這個例子是純粹統計定律中最為清楚明晰的。一方面，磁場總是向著確定的方向變化，另一方面它卻不斷地遭到熱運動的隨機取向的干擾。于是，這種不同取向的斗爭最后使得磁偶極子軸（氧分子小磁體的南北極軸）同方向間的夾角小于90°，并且這種情況遠遠超過大于90°的情況。盡管正如前文所說，單個原子總是無休止地改變取向，然而由于它們數量巨大，所以從大體上去看，趨向于場的方向并與場強成比例的趨向是比較明顯的。這種突破性的解釋是由法國物理學家P.郎之萬9做出的。理論上的解釋還可以通過下面的方法來驗證：如果我們看到的弱磁化現象確實是兩種相互排斥的趨勢平衡的結果，并且使得大部分分子平行于磁場，而在這其中存在著熱運動的隨機取向干擾，因此我們可以嘗試通過降低溫度來代替加強磁場。從理論上來講，這是有可能的。實驗也證實了這一點，磁化作用與絕對溫度成反比，與理論預期大體上相符。現代科學實驗的裝備可以把熱運動降低到我們難以想象的地步，從而可以使我們更加直觀地發現磁場的完全取向效應。即便不是完全的取向效應，至少也是部分的“完全磁化”。隨著場強的增大，磁化作用的增強并沒有進一步提高，反而越來越少，接近于“飽和”了。這種理論上的期望也在實驗中有所證實了。

不過，我們不能忽視的一點是，以上情況的出現受磁化作用時參與其中的分子數量的限制。如果沒有這一限制的話，那么磁化就不是恒定的了，而是無休止的不規則變動。這是熱運動與磁場之間相互作用制衡的有力證明。