如果你在校园里遇到一群学物理的研究生，问他们所学专业是什么？其中十有八九你会得到同一个答案—— 凝聚态物理学。是的，凝聚态物理学作为现代物理研究中最大的分支，据保守估计，世界上有八成以上的物理学家都来自此研究领域，作为科学家们助手的研究生，也一样有如此庞大的队伍。 究竟什么是凝聚态？我们熟知传统物理将物体分为三态：气态、液态和固态。其中气态中分子间距比较大(约为分子直径的10到100倍)，以致于它们之间的电磁相互作用力非常微弱，比如理想气体中分子间就不存在相互作用。然而液态和固态就不同了，它们的分子间距很小，有的甚至是紧密排列在一起的，这导致分子/原子之间是紧紧抱团在一起，把它们分开需要付出一定的能量——这就是凝聚的力量！实际上凝聚态不仅仅包括液态和固态，也包括介于两者之间的状态，如液晶、玻璃、溶胶等状态，对于分子间距较小的稠密气体也属于凝聚态的范畴。毫无疑问，人类生活世界里绝大部分物质都属于凝聚态。如果说物理研究的是“万物之理”，那么凝聚态的研究对象就是“九千物之理”了。研究对象如此包罗万象，研究的科学问题也意味着纷繁复杂，研究队伍也就随之庞大起来。因此，做物理研究的绝大部分都是做凝聚态物理的，这话一点儿也不假。 既然是研究自然界中的常见物质材料，那么凝聚态物理必定大有用武之地。我们的日常生活和工业生产都离不开各种材料的应用，比如我们穿的衣服，棉毛质的因为隔热好而具有保暖性质，亚麻和涤纶等则因透气性好而显得清凉，而步入信息时代的现代社会，电脑里面大部分是半导体材料做成的电子元器件， 液晶和LED显示器更是各种材料的杰作。在一些特殊场合，比如航空航天领域，就需要一些耐高温且延展性好的金属合金材料。而凝聚态物理，实际上就是在不断探索和寻找具有新奇物性的材料，并不断发掘这些新材料的物理特性，一方面从基本物理原理上来解释这些性质的物理起源，为寻找更多的材料提供理论指导，另一方面则试图在原型器件上将这些材料的特性加以应用，为人类生活编织更美好的未来。 凝聚态物理的好玩之处就在于，在不断探索新材料、发现新物性、揭示新机理、试图新应用的过程中，领会大自然中最为原始的奥秘—— 自然之美。自然之美总是令人叹为观止的，自然的规律更是不断诱发人类的好奇心。比如，如果问到翩翩起舞的蝴蝶翅膀、婀娜多姿的人类身体和宏伟壮观的故宫建筑有什么共同之处？学凝聚态物理的同学一定能告诉你答案——那就是对称性。对称本身就是一种美，如果某人仅有一只眼睛或者一只耳朵，就一定显得怪异非常，就像电影《怪物公司》里面的各种怪物一样。有趣的是，自然在追求对称之美的同时也存在不对称之美。因为氢键的存在导致雪花冰晶有着各种各样的形状，虽然它们绝大部分都是整体上为六角形，但是细节上却各有不同。正如一句名言道：“世界上不存在两片完全相同的树叶”，即便是一个貌似高度对称的六角冰晶，它也总是在某些地方并不是那么完美对称的(见图1)！对称度的降低在凝聚态物理中叫做对称破缺，正是这种对称破缺给我们生活的世界带来了多样性，男孩的发型有时偏分可能比中分更帅气，而女孩若在一只手上戴上手镯也许更添标致。在凝聚态物质中，对称性的破缺意味着一种新有序态的产生，对应一种相变。如水结成冰，水分子就是从一种相对无序的状态形成了有序的排列。我们常见的白糖、食盐乃至钻石都具有一定的规则几何外形，这正是因为其内部原子存在规则有序排列所致( 见图2)。如果加热到熔点以上，这些具有规则外形的晶体就会熔化，恢复到对称性更高的液体，进一步加热液体将会汽化成离散的气体。同样，固体材料中的磁矩/自旋也会因为相互作用而形成规则排列结构， 组合成铁磁、反铁磁、顺磁、螺旋磁等各种纷繁的磁性结构推荐：www.bdmszx.com