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凝聚态物理是研究“对称破缺”的学问?

更新时间:2023-07-27 16:11:02作者:佚名

汇聚态化学发展到1970年代的时侯早已是一个极为庞大的领域,各类技巧和模型都已相当成熟。1972年知名的汇聚态地理学家P.W.在上发表了一篇知名的文章:Moreis,这篇文章通过若干事例论述了汇聚态化学和粒子化学在一定程度上是同样基本的。在看来,汇聚态化学是研究“对称破缺”的门道。几三年前朗道在他的相变理论里初步提出了这一思想,后来被其他地理学家不断推进。本人在研究超导现象时提出了模式,大大发展了对称破缺理论。对称性在20世纪地理学中饰演着支配地位,基本数学定理的方式几乎由对称性决定,所以不这么夸张的说基础数学就是研究对称性的,例如相对论不变性、规范不变性等。虽然地理定理的对称性并不意味着化学现象必定具备相似的对称性,实际系统一般展现何谓的“对称破缺”,例如一个磁性离子构成的机制凝聚物理排名,所有磁矩朝上和朝下这两种状态是对称的,所以对称性要求平均磁矩为0,但事实上在室温足够低的时侯系统具备非0磁矩。朗道理论将对称破缺和相变联系上去,强调相变过程伴随着“序”的涌现,也就是对称性增加。在无序相,系统各类对称状态出现的几率是相似的,而在有序相系统“选择”了某一类特定的状态。前者看上去有点反直觉,明明各类对称状态能量是相似的,系统为什么会处在其中某个态上,随机涨落不会让它弥散为无序相吗?成因在于对包含大量粒子的宏观系统来说,这些转变还要的时间非常艰辛(并且超出宇宙年纪),所以事实上它稳定地处于有序相。汇聚态化学中存在大量那样的实例,例如铁磁-顺磁相变、固气相变、超导转变等,到1970年代汇聚态化学早已产生了这么的范式:描绘宏观物质的相与相变,也就是“对称破缺”。

粒子数太大造成的另一个问题就是复杂性,我们没法奢望求解包含10^23个变量的偏微分多项式。因而虽然有了基本数学定理凝聚态物理排名,汇聚态理论家在面对一个宏观系统时一直像是面对一个暗箱,只好先从有限的试验事实出发先去猜想一些唯像理论,最后再企图从基本原理上给予说明。超导理论的构建就是循着那样的途径,但是从量子电学开始算起,超导理论也经过了将近30年的摸索,这和量子电学原本构建的时间差不多。因而单以困难程度而言,觉得汇聚态化学并不在粒子化学之下。把科学机制分成了若干层级,粒子化学在最底层,之后是汇聚态化学,物理,生物学,心理学以及社会科学。原则上说底层规律决定一切,而且人类并不能真的从头开始推论进去,所以汇聚态化学不是粒子化学的简略应用,物理也不是应用数学学,生物学也不是应用物理。。。每一层级都还要高度的造就性,底层探求的困难并不见得必定多于其它层级。底层的困难在于它直指本源,而超高层的困难在于复杂性,当复杂性达到一定程度之后,虽然一些本质上新的东西涌现下来了,这种东西几乎难以用底层语言良好定义,而应当缔造新的概念去理解它。这方面最好的实例是眼科学,就现在来看,要从基本的化学结构来定义意识实在是一件可望而不可即的事情。

的这篇文章被许多汇聚态地理学家视为独立宣言,涌现论也随之成为地理学界中除还原论此外的另一股强悍论争。事实上这三者并没有矛盾,还原论者指出的是诸事万物都起源于某些基本结构,原则上基本结构决定一切;而涌现论者指出随着复杂性的提高,须要这些新的概念去理解更超高层级的规律。三者也是优缺不同,还原论者显然不会觉得从基本定理出发可以轻易理解所有现象,涌现论者也不会觉得超高层的规律不受低层阻碍。真正的影响其实在于,受汇聚态化学中涌现规律的启发,粒子化学原本是否是某些结构上涌现的结果?

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