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发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: [转载] 《凝聚态物理学》写作札记
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Jun 17 15:15:02 2003)

　  2003年5月，高等教育出版社隆重推出冯端院士巨作《凝聚态物理学》，现特邀请作者

介绍撰写本书的初衷、思路，以飨读者。

　凝聚态物理学已经成为当代物理学中最重要和最丰产的分支学科。它的特征在于研究人
员
众多,研究成果丰富多彩,对技术发展影响广泛,与其它学科相互渗透迅速。从历史来看,凝
聚
态物理学是由固体物理学逐渐演变而来的。但是,由于人们对两者的学科分界缺乏明晰的认

识,再加上不熟悉
凝聚态物理学所引入的用以统一理论框架的新概念体系,因而,虽然已有不少优秀的固体物
理
学教科书对于凝聚态物理学的教材也有一些卓有特色的尝试,但覆盖全面且条理清晰、便于

理解的凝聚态物理学入门教科书尚付阙如。这一令人遗憾的情况特别清楚地表现在传统的
固
体物理学教科书
与当代凝聚态物理学研究前沿之间出现的巨大鸿沟。很多学生,学过固体物理学甚至固体理

论,在接触到这一领域中的前沿问题(例如翻阅近期的Physical Review
Letters)时,却总感到困惑不解。理解上困难的关键并不在于对公式的推导或实验的过程不

明,而在于思想准备不足,不知为何挑选这些课题,以及基本概念从何而来。

　针对上述情况,国际上有一些知名学者提出了建议：应该有一本著作来填补传统固体物理

学领域与当代凝聚态物理学研究前沿之间的鸿沟。这一著作应该处于两个极端之间：一方
面
是传统的专著或教科书,其内容包括一些久已确立的题材,诸如周期结构、能带论、晶格动
力
学等,如不理解其
意义、不掌握其语言,将无从进行科学交流;另一方面是当今的课题,如高温超导电性、定域

化、量子Hall效应、巨磁与庞磁电阻、量子点、Fuller烯与纳米碳管、光子晶体等,如不涉

及这类课题则无从开展其科研工作。我们这本书的目标即在于填补两者之间的空白,将固体

物理学开拓、延伸
和深化为凝聚态物理学,且仍然保持入门著作的特色：既保持学科的整体性,也容纳许多新
近
的进展,并使得这些新进展不像是从天上掉下来似的,而是学科本身概念体系延伸发展的必
然
后果。虽则当代凝聚态物理学内容丰富,显得纷纭复杂、光怪陆离,但由于物质结构在概念
上
的统一性,凝聚
态物理学还是可以被组织成自洽的逻辑结构,因而撰写一本系统论述其理论框架和主要内容

的教科书的时机业已成熟。

　P.W.Anderson在其专著《凝聚态物理学的基本概念》(Basic Notions of Condensed
Matter Physics,
1984)中对凝聚态物理学的许多基本概念作了精辟的分析。我们从这本富有创见的书中得到

许多启示。但这本书是为行家里手而写的,对于初学的研究生显得高不可攀。我们的工作在

于澄清固体物理学与凝聚态物理学在概念体系上的共同之点和差异之处,并对它们作清晰的

表述,使得这些基本
概念具体化,再用实例阐述,放到合适的上下文之间。我们面对了极其艰巨的工作：根据物
质
结构统一性的概念线索来建立循序渐进的理论框架,再将从篇幅浩瀚的资料中提炼出来的内

容充实其中,组织成为具有系统性和可读性的文本。如果读者已经学过固体物理学,当然驾
轻
就熟,即使未学过
的,读来也无大碍;这里我们假定读者已初通量子力学和统计物理。由于凝聚态物理学与技
术
进展关系密切,也与交叉学科渗透频繁,我们希望这本书除了供从事凝聚态物理学研究的工
作
者参考外,也对从事化学、材料科学、电子科学与技术等方面研究的人士有所助益。

　本书将凝聚态物理学丰富的内容组织成为八编,各编分别论述凝聚态物理学的某一侧面,
融
贯汇总起来才能够凸现整体的面貌。第一编到第三编乃是全方位地将传统的固体物理学进
行
开拓延伸,从而使其面目焕然一新,构成了凝聚态物理学的重要组成部分。在第一编中,从晶

体出发,走向晶体
之外;从硬物质出发,延伸到软物质。在第二编中,一方面用新内容充实波在周期结构中传播

这一传统固体物理学的主题,然后再延伸到周期结构之外,论述定域态及定域化等新问题。
第
三编则紧扣物质电子结构这一主题,在横向将键与能带对照起来探讨,而在纵深方向则关注
电
子关联性的增强,
从单电子近似逐步逼近关联电子态这一凝聚态物理学尚未彻底解决的核心问题。第四编到
第
七编的主题为对称破缺与有序化。在第四编中根据Landau相变理论框架来理解不同类型的
相
变,涉及晶体、准晶、液晶、颗粒物、铁电体、磁有序相及超流体与超导体,再用遍历破缺
来
补充对称破缺,
涵盖了另外一些相变。在第七编中则越出平均场理论的框架来处理临界现象和相关问题。
第
五编和第六编则分别论述激发态问题,显示了对称破缺相中存在恢复失去的对称性的倾向,
从
而影响到一些物理性质,论述分为元激发和拓扑缺陷两个层次来进行。第八编讨论了非平衡

变,涉及晶体、准晶、液晶、颗粒物、铁电体、磁有序相及超流体与超导体,再用遍历破缺
来
补充对称破缺,
涵盖了另外一些相变。在第七编中则越出平均场理论的框架来处理临界现象和相关问题。
第
五编和第六编则分别论述激发态问题,显示了对称破缺相中存在恢复失去的对称性的倾向,
从
而影响到一些物理性质,论述分为元激发和拓扑缺陷两个层次来进行。第八编讨论了非平衡

态的众多现象,与
物理动理学和非线性科学交叉,终而引导读者面向复杂性这一具有挑战性的科学领域。

　一般而言,我们假定读者已初通量子力学和统计物理的基础部分,但上述各编对基础的要
求
不尽相同,例如阅读第一、七与八等编或第四编的前半部,即使未学过量子力学亦无大碍。
尽
管各编之间彼此呼应又相互联系,但各编仍然可以单独阅读。全书分为上、下两卷,上卷包
括
前四编,下卷包
括后四编。上卷将于今年六月前后由高等教育出版社出版,下卷各章也正在撰写中。我们希

望本书对从事凝聚态物理学及相关学科的研究工作者是一本具有启发性和便于阅读的科学
论
著,也可以作为凝聚态物理学与材料科学专业的研究生的教材或教学参考书。

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