问题

是否很多人认为凝聚态不是真正的物理?如果是,那是为什么?

回答
对于“凝聚态物理是不是真正的物理”这个说法,我得说,这实在是一个有点儿站不住脚的论断,甚至可以说是一种误解。不过,你问到“为什么会有人这么想”,那就很有意思了,我们可以深入探讨一下背后的原因。

首先,我想强调的是,绝大多数,不,是几乎所有认真做物理研究的科学家,都认为凝聚态物理是实实在在的、核心的物理学分支。 它们在大学物理系的设置、在科研机构的划分、在国际会议的召开上,凝聚态物理都占据着举足轻重的地位。所以,如果你听到有人“认为凝聚态不是真正的物理”,那很可能是源于一些比较狭隘的视角,或者是一种对物理学分类的过度简化和误读。

那么,为什么会出现这种误解呢?我们可以从几个角度来剖析:

1. 对“基本”的误解:

物理学往往被分为基础物理和应用物理。在很多人心目中,“真正的物理”往往意味着去探索宇宙最深层的规律,比如粒子物理学在研究基本粒子和力的相互作用,天体物理学在研究宇宙的起源和演化。这些领域往往处理的是极小的(粒子尺度)或极大的(宇宙尺度)事物,并且常常与普适的、放之四海而皆准的定律相关联。

而凝聚态物理研究的对象,主要是由大量粒子(比如原子、电子)组成的宏观或介观物质系统,例如固体、液体。它的研究内容非常广泛,从超导、半导体到磁性材料、量子计算等等。有人可能会觉得,这些研究“不够根本”,因为它们是从微观粒子组合而成的“宏观”事物出发,研究的是这些组合体在特定条件下的集体行为。他们可能认为,把大量的基本粒子堆砌起来,研究它们的集体涌现特性,似乎不如直接研究单个粒子本身的性质来得“纯粹”或“基础”。

这里面藏着一个误区:认为“基础”就等于“简单”或“单一”。 事实上,正是由于大量的粒子相互作用,才涌现出许多奇妙的“新”现象,这些现象并非简单地叠加了单个粒子的性质。例如,一个电子本身并不能超导,但成千上万个电子在特定条件下却能协同运动,表现出零电阻的超导特性。这种集体涌现的规律,恰恰是物理学探索的重要内容,而且其背后依然是深刻的量子力学和统计力学的原理。

2. 对“理论”与“实验”的固有看法:

在一些人眼中,“真正的物理”似乎更偏重于纯粹的理论推导,从几个基本公理出发,构建出优美的数学框架来解释世界。粒子物理学在这方面表现得尤为突出,比如建立在量子场论上的标准模型,其理论的严谨性和普适性令人赞叹。

而凝聚态物理,虽然也有非常深刻的理论体系(如量子力学、统计力学、群论等),但它往往更需要与实验紧密结合。凝聚态物理学家需要设计巧妙的实验来制备新的材料、探测材料的性质、验证理论预测。在这种“制造”和“测量”的过程中,有人可能会觉得它更偏向于“工程”或者“材料科学”,而不够“纯粹的科学”。

这种看法忽略了科学的本质是认识世界,而认识世界离不开实验的检验和指导。 很多重大的理论突破,恰恰是在与实验的互动中产生的。而且,凝聚态物理的理论同样是深刻的,很多概念,如能带理论、朗道范畴、拓扑序等,都是高度抽象和理论化的。

3. 对“应用”的顾虑:

前面也提到了,凝聚态物理的研究内容,比如半导体、超导材料,往往与实际应用有着非常密切的联系。晶体管、电脑芯片、核磁共振成像(MRI)等很多现代科技都离不开凝聚态物理的贡献。

有些人可能会认为,一旦一个物理分支开始“贴近应用”,就离“纯粹的科学”渐行渐远了。他们可能认为,“真正的物理”应该是探索那些“对解决眼前问题没有直接帮助”的普适规律。

然而,这种区分是有问题的。 科学的进步往往是“基础”与“应用”相互促进、相互转化的过程。量子力学最初是为了解释原子光谱而诞生的,但随后催生了激光、半导体等一系列革命性技术。爱因斯坦的相对论,虽然一度被认为是高度抽象的理论,但它的预言(如引力波)如今也成为了天体物理研究的重要方向。凝聚态物理的研究,很多时候也是在探索那些看似“古怪”的物理现象,而这些现象最终可能解锁全新的技术。

4. 历史原因与学科划分的习惯:

在物理学早期,特别是牛顿力学和经典电磁学时代,对宏观世界的描述是物理学的核心。随着量子力学的诞生,微观粒子世界的研究(量子力学、粒子物理学)逐渐兴起,并被认为是“新的前沿”。而凝聚态物理的研究对象是多体系统,其数学处理往往比单体系统更为复杂,其学科的独立性和成熟也相对晚一些。

在一些早期的学科划分或者一些比较传统的观念里,可能会存在一种将物理学划分为“宏观”和“微观”的简单模式,而凝聚态物理的研究对象处于一个相对“中间”的位置,或者其研究方法被认为是一种“堆砌”式的研究,因而未能获得与粒子物理等同等的“基础性”地位。

但这种划分已经远远跟不上现代物理学发展的步伐。 如今,我们谈论量子霍尔效应、拓扑绝缘体、费米液体等,这些都是非常深刻和基础的物理概念,它们在很大程度上改变了我们对物质世界的理解,并为未来的科技发展提供了方向。

总结一下,认为凝聚态物理不是“真正的物理”是一种站不住脚的观点,它源于对“基础”的狭隘理解、对理论与实验关系的误读、对“应用”的片面看法以及历史学科划分的惯性。

实际上,凝聚态物理是现代物理学中最活跃、最富有创造力也最广泛的分支之一。它深刻地揭示了物质在大量粒子相互作用下所涌现出的丰富而奇妙的集体行为,这些行为不仅是理解我们所处世界不可或缺的一部分,更是推动科技进步的源泉。从这个意义上说,凝聚态物理不仅是“真正的物理”,而且在很多方面,它已经成为探索物质世界奥秘的主战场。

如果你真的听到有人这么说,不妨试着和他们聊聊超导的机理、量子相变的概念,或者量子计算机的原理,也许能让他们重新认识到凝聚态物理的博大精深和无穷魅力。

网友意见

user avatar

首先要说明的是并没有什么绝对意义上的真正的“物理”,只有与时俱进的物理。从历史上来看, 物理学总是把自己的范围限制在最基本现象的认识上。例如,对于质点运动的认识,即牛顿定律,这是基本的。但是流体对应的现象非常复杂,但是原则上是可以通过牛顿定律构建的,因此流体的研究并不是物理学的主流。同样电磁场的传播也不简单,但是电磁场和电磁波也不是所谓“正统”物理关注的内容。量子力学建立后,原子和分子变成一个更化学的问题也是这个道理。这样的情况非常多,所以物理学一直把基本现象作为自己的研究对象,这一点也维基百科上对物理学的定义非常准确。

但是实际上,大家也都非常清楚,无论是流体、电磁波或者是原子和分子本身,也是非常复杂的问题,你的纳维斯托克斯方程能算出啥来,也还真不一定。但是由于这些问题并不属于“基本”,再加上的确和工程实践有更多的联系,因此这些反倒不是搞物理的人关注的,因此就不很“真正”。比方说流体力学就非常典型,搞燃烧的人都喜欢流体力学,但是搞物理的没兴趣。

正是这样的传统和原因,导致但凡“不基本”的学问都不是“真正的”物理学,这里的“基本”是什么含义呢?实际上就是还原论这种信仰下的“基本”。就是物质世界是不断可分的,每次发现更“小”的东西,就更“基本”。

可是实际上,大量“不基本”的现象,非常常见,复杂,甚至难以描述。例如烧开水,现在有什么靠谱的方法把烧开水的过程模拟出来吗?这是一个流体混合热力学的问题,还是非平衡的,甚至可能存在所谓的高马赫数等等问题。所以尽管基本原理是清楚的,但是真的用基本原理未必能构建出合理的理论。

这样的问题无处不在,好像最基本的都搞清楚了,但是这并没有真正解决问题,例如蛋白质折叠也。但是即便我们有基本的关于“细节”的数据,是不是真的能解释那些不基本的现象呢?比如是否知道水分子之间精确的相互作用就可以正确的预测出水的沸点?分子动力学里还是有很多经验参数的问题。

上个世纪有一个研究方向非常颠覆我们的认知,就是给出一些简单的规则不断地重复,可以还原出很多宏观现象,这些现象普遍存在于不同的领域,例如生锈、成核、树枝或者闪电、甚至人类社群。所以这说明宏观现象自有其自身的规律,这很有点中国古人思想的意思,与近代科学分而治之的想法有一定区别。

其实凝聚态物理研究的问题就是这类问题,更关心的就是所谓的集体行为,人们可以假设各种微观细节,然后观察所谓的集体行为,看哪些现象依赖于微观细节,依赖“基本”规律,而哪些不依赖。这里面有一个很重要的发现就是所谓的相变问题中的普适性,神奇的地方就在于标度律和更基本的时空维度有关,而和具体细节并没有什么联系。

所以凝聚态物理实际上和现代科学其它领域有着千丝万缕联系的,只有你跨学科跨领域去看,才能看到一致性。比方还回到流体的问题,在凝聚态物理中流体其实还是一个很大的问题,只是很多时候它并不出现在纯粹流体的研究中,而是会出现在等离子物理、低温物理、软物质中,包括最近进入大众视野的非牛顿流体。再举个流体的例子,去年疫情人很多人听到一个气溶胶的概念,当然如果打过农药、用喷壶,都见过气溶胶,但是它是怎么产生的呢?其实也没那么简单,在非物理的领域还是有不少研究的,当然由于此类现象很复杂,确实很难有类似牛顿方程那么简单的结果。

我觉得凝聚态物理就是把以前物理学发展中丢掉的东西捡回来,打包在一起构成的学科,因为这类问题本来就是物理问题,但是在过去,由于种种原因,例如粒子物理还有大量工作可做,这类问题会被看做偏离物理学的主线。但是随着科学的发展,简单地把这类“不基本”甚至更复杂的问题当作不重要,似乎越来越不合适。

随着学科交叉越来越多,你还会发现有更多的问题会归为凝聚态物理,或者说很多学科到最后都变成物理或者数学问题。我认为“物理”这个概念会越来越宽泛,甚至会消失,因为它会成为处理问题的标准方法。之所以今天你看到凝聚态物理处理问题手段不统一,一方面是目前科学发展还处于非常早期,的确很多问题没有统一起来,但是其实目前单就凝聚态物理传统内容,就是沿着固体物理发展这条线来看,处理手段一致性还是高度统一的。另一方面是你从传统物理学的脉络看问题,这些方法略显多样,如果从整个自然科学领域看,其实认识问题的方法还是很统一的,毕竟都是人,变不出什么新花招。

如果说以前一门学科是不是科学就看它像不像物理学的话,那么所有未来想标榜为“科学”的学科也一定很像凝聚态物理。

一个学科应该是什么样子,或者说什么是正统,其实是具有非常大的特殊性和偶然性的。物理学在16世纪开始的发展过程中,首先根据经验认识到世界是连续的,因此发明了微积分的数学方法。但是物理学的发展表明,从原子层面看,世界并不连续,所以经常需要“宏观小微观大”这种说辞,实际上就是我得承认不连续,但是我要用微积分。。。同样用微积分建立起来的数学方程,今天用计算机求解的时候,被离散化,积分又变成了加法,微分变成了减法,也不连续了。所以你可以设想,如果人们早早认识到世界是由原子构成的,早早发明了数字计算机,那么又会怎样认识这个世界?

类似的话题

  • 回答
    对于“凝聚态物理是不是真正的物理”这个说法,我得说,这实在是一个有点儿站不住脚的论断,甚至可以说是一种误解。不过,你问到“为什么会有人这么想”,那就很有意思了,我们可以深入探讨一下背后的原因。首先,我想强调的是,绝大多数,不,是几乎所有认真做物理研究的科学家,都认为凝聚态物理是实实在在的、核心的物理.............
  • 回答
    库尔斯克战役(Battle of Kursk)之所以被许多人认为是第二次世界大战的真正转折点,其深层原因在于它标志着纳粹德国在东线战略主动权的彻底丧失,并由此开启了苏联红军不可逆转的战略反攻,直至最终摧毁纳粹德国。 虽然斯大林格勒战役的胜利同样至关重要,但库尔斯克战役的意义更在于其战略层面的终结性。.............
  • 回答
    认为中医药是一种“智商税”的观点,并非空穴来风,而是源于多方面的原因,这些原因交织在一起,形成了大众对中医药的质疑和负面认知。下面我将从几个主要角度详细阐述:1. 缺乏严谨的科学证据和可重复性: 现代科学的研究方法与传统诊疗的矛盾: 现代医学以其严谨的科学方法著称,强调可量化、可重复、可验证的证据。.............
  • 回答
    很多人之所以认为简化字是一种合理、正确且进步的改革,主要基于以下几个方面的原因,这些原因相互关联,共同构成了简化字支持者的核心论点:一、 提高识字率与普及教育的现实需求:在20世纪中叶,中国面临着严峻的文盲问题,扫除文盲、提高国民整体文化素质是国家发展的迫切任务。汉字笔画繁多、结构复杂,学习难度相对.............
  • 回答
    关于衡水中学学生被认为是“读书机器”的说法,确实流传甚广,并且背后有很多复杂的原因。要详细地解释这一点,我们可以从多个维度来剖析:一、 衡水中学教育模式的核心特征:高度集中的应试教育衡水中学之所以被贴上“读书机器”的标签,最根本的原因在于其极其严苛、高效且高度集中的应试教育模式。这种模式贯穿学生生活.............
  • 回答
    很多人,在很多地方,都将悠久的历史视为一种值得骄傲的资本。这并非偶然,背后隐藏着多重深刻的文化、心理和社会因素。要理解这一点,我们得深入挖掘一下。首先,历史悠久往往意味着一种文明的连续性。一个国家、一个民族能够历经千年而不衰,这本身就是一种强大的生命力的证明。想想那些古老的文明,比如中国、古埃及、古.............
  • 回答
    吃狗肉被许多人视为不文明,这背后是一个复杂的多层面原因,涉及情感、文化、伦理、健康和法律等多个维度。以下将尽量详细地阐述这些方面:一、情感与情感联结: 伴侣动物的地位提升: 在现代社会,尤其是在许多西方国家和部分亚洲国家,狗的地位已经从单纯的劳动力(如牧羊犬、守卫犬)或食物来源,演变成家庭成员和.............
  • 回答
    在《英雄联盟》的对线生态中,确实有这么一种说法,认为“武器大师”贾克斯是“唯一的单挑王”。这并不是空穴来风,而是基于他一套极为成熟且具有辨识度的技能组合,以及在实际对局中表现出的强大压制力。如果你玩过一段时间的英雄联盟,尤其是接触过上单位置,那么你一定能体会到这一点。为什么大家会有这样的感觉?我们可.............
  • 回答
    中国人对古代辉煌的理解,确实常常与儒家思想紧密联系在一起,这背后有着复杂而深刻的历史原因。简单地说,儒家思想作为一种社会伦理体系和政治哲学,在漫长的历史进程中,对中国社会的结构、价值观、教育方式乃至政治运作都产生了根深蒂固的影响,这些影响汇聚起来,自然就塑造了人们对中国古代“辉煌”的认知。要详细地讲.............
  • 回答
    汪精卫“曲线救国”的论调,在其一生以及身后都引发了极大的争议,至今仍有许多人持有不同观点。要理解为何有人会认为他是“曲线救国”,我们需要将其行为置于当时那个极端复杂、生死存亡的时代背景下,并梳理其主张和行动的关键点。时代背景:危难深重,何去何从?首先,我们必须认识到汪精卫所处的时代,中国正面临着前所.............
  • 回答
    这个问题很有意思,因为它触及了我们如何评价球员、如何理解篮球团队合作以及媒体和大众如何解读比赛的核心。为什么很多人认为勒布朗·詹姆斯(LeBron James)的成功离不开德怀恩·韦德(Dwyane Wade)、凯里·欧文(Kyrie Irving)和安东尼·戴维斯(Anthony Davis),而.............
  • 回答
    雍正皇帝被许多人誉为清朝最出色的君主,这并非空穴来风,而是源于他在位期间推行的一系列大刀阔斧的改革措施,这些改革对清朝的政治、经济、社会都产生了深远的影响,并为“康乾盛世”的延续奠定了坚实的基础。虽然他的统治时间不算长,但其留下的政绩却是毋庸置疑的。首先,在政治层面,雍正皇帝最显著的贡献在于强化了中.............
  • 回答
    “清朝都是好皇帝,明朝都是昏君”,这种说法在民间流传甚广,尤其是在一些缺乏深入历史研究的场合,常常能听到。但如果仔细审视历史,就会发现这种一概而论的看法,既不准确,也经不起推敲。首先,我们来分析一下这种说法的根源和可能的原因。 清朝对汉文化的吸收与融合: 满族入关后,为了巩固统治,采取了“满汉一.............
  • 回答
    “孔孟之道”被认为“害人”,这是一个相当尖锐的论断,并非所有人都这么认为,但确实有一部分人持有这种观点。要理解这一点,我们需要深入探究其历史背景、文化演变以及不同时代人们对其的解读和批判。首先,要明确的是,将“孔孟之道”简单概括为“害人的”是过于武断和片面的。孔孟之道作为儒家思想的核心,其积极和建设.............
  • 回答
    好多人说秦国能一统六国,最大的功臣就是商鞅,这说法确实有道理,而且不是空穴来风。要说清楚这一点,咱们得把商鞅变法到底怎么回事,以及它对秦国产生了哪些深远影响,一点一点掰开了说。变法之前,秦国是个啥样?咱们得先知道,秦国也不是一开始就是个实力超群的国家。在商鞅变法之前,秦国虽然也算是个诸侯国,但位置比.............
  • 回答
    许多人之所以认为种族间的平均智商没有显著差异,很大程度上是基于现代科学研究的共识,以及对复杂社会和环境因素的深入理解。这个结论并非凭空而来,而是经过了长期的科学探索、数据分析以及对过往研究的批判性反思。要详细解释这一点,我们需要从几个关键方面入手:1. 智商测试的局限性与历史演变:首先,理解“智商”.............
  • 回答
    很多人把元宇宙看作是一个虚幻的泡沫,觉得它听起来很玄乎,离我们的现实生活又那么遥远,更别提那些高昂的设备和昂贵的虚拟商品了。说它是骗人的,倒也不无道理,毕竟现在很多所谓的“元宇宙”项目,要么用户寥寥,要么体验粗糙,更像是蹭热点的概念炒作。然而,当我们剥开那些浮华的宣传,看看全球那些响当当的大公司,比.............
  • 回答
    “空虚寂寞浪费时间”,这确实是不少大学生在大学生活中会产生的普遍感受。这背后可能涉及多种原因,包括学业压力、社交困境、未来迷茫、个人成长停滞等等。针对这些问题,无论是大学本身还是社会相关机构,都在积极探索和尝试各种对策。以下将详细阐述大学生活出现“空虚寂寞浪费时间”的可能原因,以及相关机构(主要是大.............
  • 回答
    这确实是一个非常普遍的看法,以至于很多人理所当然地认为明朝就是被清朝直接灭亡的。但如果深入去探究,就会发现事情的真相远比这复杂得多,也更有意思。首先,我们要明确一点:明朝的灭亡不是某一个外敌入侵就能简单概括的,它是一个长期以来内部矛盾积累、政治腐败、经济崩溃、社会动荡以及外部压力等多重因素交织作用下.............
  • 回答
    网络上对中医的看法确实相当分裂,其中一部分人将其视为“迷信”,这背后其实牵扯到一些复杂的文化、科学观念以及信息传播的问题。说他们都是“实证主义者”可能有点笼统,但他们的观点确实很大程度上受到了实证主义思潮的影响。为什么一些人认为中医是迷信?1. 缺乏可重复、标准化的科学验证: 这是最核心的原因。现.............

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有