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凝聚态物理的回顾与展望

3月27日 莫猪 投稿

  以固体物理为主干的凝聚态物理,通过半个世纪的迅速发展,已经成为当今物理学中的最重要的分支学科之一。根据国外的统计,发表的物理学的论文中约有三分之一属于凝聚态物理;而物理学工作者也有四分之一以上从事这方面的工作。从历史上来看,凝聚态物理是固体物理的向外延拓。由于近年来固体物理的基本概念和实验技术也在一些非固体材料的领域中应用并取得了显著的成效,所以人们乐意采用范围更加广泛的凝聚态物理这一名称。应该指出,凝聚态物理之所以重要,一方面,显然是由于实际应用上富有巨大的潜力,毫无疑问,它将成为一系列新材料、新器件和新工艺的源泉;另一方面,它的内容丰富多彩,构成对于人们智力的有力挑战;还有,凝聚态物理的概念、方法和技术,尚在继续向相邻领域渗透,促进化学物理、生物物理和地球物理等交叉学科的发展。   01周期结构、破缺的平移对称性   固体物理的一个根本出发点在于考虑所谓破缺的对称性(brokensymmetry)。这个名称是朗道在讨论相变问题时首先提出的〔1〕。我们知道,在一般情形下,空间是均匀的,而且是各向同性的;基本粒子所遵循的规律也具有高度的对称性。至于介质,气体与液体的对称性也是非常高的,对于任意的平移和旋转均具有不变性;唯独固体的对称性是不完全的,这种破缺的对称性成为固体的一个最重要的特征。固体物理的基本任务在于要从微观上理解固体的各种性质,阐明其规律性。因此,如果要从历史上追溯固体物理的起源,那么,就应该探究一下科学家从什么时候起,开始考虑固体破缺的平移对称性。我对于科学史没有进行过专门的研究,因此只能提出一些不成熟的个人看法。如果要为固体物理找一位始祖的话,我认为,开普勒将是一位合适的候选人。开普勒的行星运动三定律是众所周知的,但不甚为人们所知晓的是他在1611年写过一篇题为《论六角雪花》的文章,讨论雪花的对称性〔2〕。大家都知道,雪花具有六重...(全文)

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