universalitet

Universalitet, inden for fysik og kemi det forhold, at meget forskellige systemer kan opføre sig kvantitativt ens. Begrebet anvendes ofte i den moderne fysik, især i forbindelse med kritiske fænomener ved faseovergange, som falder inden for bestemte universalitetsklasser. Det har altid været et centralt begreb i fysikken, idet et af fysikkens hovedmål er at beskrive naturen med så enkle teorier som muligt med udeladelse af alle irrelevante detaljer. Et tidligt eksempel er Newtons universelle tyngdelov (1687), der gælder for alle legemer uanset størrelse eller form.

I løbet af 1900-t. blev det klart, at systemer, der undergår andenordens faseovergange, viser en forbavsende grad af universalitet. Man genfinder således nær ved den kritiske temperatur T_C de samme temperaturvariationer af visse karakteristiske størrelser i helt forskellige fysiske systemer. Det gælder fx ordensparameteren, der angiver graden af orden i systemet. Den varierer nær ved T_C på samme måde i magnetiske systemer, i binære legeringer, i superledere og i gas-væske-overgangen ved det kritiske punkt. I alle disse tilfælde forekommer såkaldte kritiske fænomener, hvor konkurrencen imellem de to tilstandsformer skaber store fluktuerende områder af én tilstandsform inden i områder domineret af den anden — et eksempel på skalainvariant eller fraktal geometri.

Nær ved det kritiske punkt kan de fluktuerende områder blive meget større end de afstande, der bestemmer stoffets mikroskopiske struktur. Derfor er stoffets mikroskopiske opbygning irrelevant for den måde, de fysiske størrelser ændrer sig på, når man nærmer sig det kritiske punkt; kun overordnede egenskaber som fx antallet af komponenter, der kræves for at beskrive den "ordnede fase", er bestemmende for de kritiske fænomener.

De kritiske eksponenter (se kritiske fænomener), der beskriver, hvorledes de fysiske størrelser ændrer sig nær T_C, er derfor ens inden for store klasser af systemer. Ising universalitetsklassen (se Ising-model), som oprindelig blev fundet for magnetiske overgange, beskriver således også binære legeringer og væske-gas-overgangen. Tilsvarende universalitet er fundet ved overgangen til kaos, hvor den kaotiske dynamik opstår gennem periodiske baner med stedse længere periode, fx gennem periodefordobling.

Universalitet spiller en stor rolle inden for elementarpartikelfysikken og kosmologien, fx når man forsøger ud fra observationer på tilgængelige længde- og energiskalaer at slutte sig til teorien på Planck-skalaen med energier, der er mange størrelsesordener større.