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物理人生(122)--那也是一道风景

热度 14 Ising 2012-6-22 09:40

那也是一道风景 20120622 ( 一 ) 傍晚时分，机场倾盆大雨，大多数航班都被标注红线。我不知道何时能够离开地面，冲上黑夜，只好将就找了一个餐厅坐下来，在那些倒胃口的菜谱中要了一份最倒胃口却最昂贵的份饭塞住胃。饥饿的感觉在过去很多年中都是在机场或者追赶匆匆旅程时出现，实在是因为那些地方让我舍不得掏出干瘪的钱包。 令人高兴的是航班终于在凌晨 4 点离开了机口，东航的知了向着东方曙光飞行。由于无法入睡，思维只能 frustrated 在一种无可奈何的状态。不过，那种味觉和这种 frustrated 状态与坐在冰凉的会场听精彩报告的听觉是不能同生而语的。 ( 二 ) 那位德国教授被我邀请做一个 session 的 chair 。他银丝挂鬓，金丝镜片后面是典型日耳曼人的眼睛，应该算是充满智慧并折射些许狡诈。在他做 chair 的会场听报告是一种较好的享受，原因并非总是报告人能够将研究的故事浪漫得很清楚、很时髦、很潮，而是因为这位德国长者将一位 chair 的功能发挥得淋漓尽致。他不但很好地控制了报告人激情洋溢的时间，给听众保留了宝贵的提问与讨论之暇，更重要的是他每每在报告结束之时能够恰到好处地一句话切入报告内容的核心，将主要结果和关键科学问题凝聚出来，并且非常绅士地引导听众与报告人的交流。当然，你丝毫不会感觉到他喧宾夺主，很多年轻学生或者像我这种英语很差的听众会对其充满感激，因为正是他让我等懂了一点报告人到底在说什么。 我对这位德国长者的研究工作有所了解，明白他并非如伟大天才和儒雅大家那般智慧满溢。他作为 chair 的表现只能说明他在 session 开始之前或者期间做足了功课，对那个 session 每位报告人的内容有所了解与揣摩，从而能够做到信手拈来，表现得轻松自如、诙谐自信。这是学者的一种功力，也某种程度上说明我请他做 chair 还算是稍具慧眼。 ( 三 ) 参加国际学术会议堂而皇之的目标是很让人崇敬的，而世界各地的学者聚集到一个地方来畅快淋漓、不吐不快本身就是一件代价很高的事情。且不说每位参会者为奔波赴会而付出的生理与精力代价，即便从金钱角度看也一目了然。参加一个国际学术会议的花费一般在每人 1.5 万到 3.0 万元人民币之间，一个 200 人的学术会议花费当在 400 万元上下。要让这些代价与花费值得，除了会场之外的切磋、规划、唇枪舌剑乃至推杯问盏，报告现场的聆听、记录、体会、揣摩与联想显得更为重要、更加弥足珍贵。如果报告人没有足够高度，如果听众没有足够关注，那些新的东西就可能稍纵即逝，不经意间从听众的视场和听场间消失。事实上，这种状况是大多数会议的常态，因为现在的会议更多地成为一种成就的展示而不是学术的凝练梳理。因此，一位 chair 能够在一个高度、一个层面上添两句点睛之语不亚于甘甜滋润。 我们的先贤创立和完善了学术会议这种交流的形式与规范，设置了 session chair 这种职位，真是具有大智慧。一位称职的 chair ，应该是所主持 session 主题领域之高手与方家，应该能够一定程度上统揽这个领域的进展，并对其关键科学问题和未来发展趋势有所洞察，而绝不是一只时间计时器。一位有品的 chair ，应该做到对这个 session 报告人和报告内容有所了解并索引人事，而不是一位念念题目、带头鼓掌的良人。一位聪慧的 chair ，应该能够在规范之内合适地塑造 session 的动态过程并让 session 具有一定的“温度”，不至于让报告人成为一泓孤子，而是能够激发听众非线性很强的谐波与响应。当然，一位贤雅的 chair 也是一只计时器、一台复印机，合适地将时间和进程规范得井井有条与湍而不乱。 这，可能就需要 chair 们认真地领受这份短暂的 offer ，并为了出色实现其功能而做好私底下的功课。 ( 四 ) 也许， chair 是一种地位、一份荣耀。我们也看到各种荣誉与职位的申请者强调其作为学术会议 session chair 的数据。我想，会议的组织者在安排每个 session 的 chair 时并不能仅仅将参会群体中的优异者名单拿来随机填空或按步就班，而应该有所针对地选择 chair 之人选。那些学术上的创新者、长者和权威人士堪当 chair ，但不能只是时间到了才猛然醒悟，匆匆到场；也不能满足于让一个报告匆匆结束了事，使报告人和听众都成为低能激发的准粒子而鲜有强烈的交互作用。而这种交互作用才是一个好的学术会议的核心价值。 诚然，学术会议的功能正在演化。在一定程度上，学术会议变得有些许功利与有些流于形式。但一群高尚的 chairs 也许能够让会场内外变得更有素质，并引领某个系列会议成为时代研究成果的权威发布之地。这是一种事业，也许会议组织者有先天决定之力，但那些 chairs 们的表现却是一道风景，让 400 万元的“门票”有了实在的观赏、学习、发挥价值。 机窗外边依然是深邃的黑色，但不久就该东方泛白、晨曦旭日。我还是关上屏幕，余梦闭目，去问问我的下一步是什么。也许就是下一个 session chair 的 offer 。 那位德国学者 ( 来自网络 )

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物理人生(121)--随机过程

热度 34 Ising 2011-11-2 09:03

随机过程 20111101 我有一位硕士研究生，名叫风，已经顺利毕业出去工作。还有一位博士生，名叫华，也已毕业出去风光，但并未长久离开。在他们身上发生的一段随机过程是这篇文字的主题。随机过程的期望值不高，但均方值不小。 ( 一 ) 当初风来见我的时候，我并不很想收下他，其中一个原因是他本科毕业的学校不是很好，虽然那不是他的问题，是因为高考时发生了一些变故。那时我不知道其中缘由，因此不是很乐意招其入门。他又来找我两次，我收下了他，只是因为我不擅长拒绝。 风那时很腼腆，不善言辞，现在已经越过“巧舌如簧”的门槛，虽然并非我的功劳。因此，我一直不是很看好他。可能是因为在大学训练不够，风开始阶段在实验技能方面表现不尽人意，花了很多时间精力，效果不佳。我也不介意，反正我见识到的多是失败和平凡，成功的事例不多。 后来，大概一年多时间，风好像一下子出息了，在锰氧化物多铁材料 ( 相关 介绍 可 点击此处 ) 合成方面表现得很有天赋。别人难以做出来的材料他能够想方设法合成出来，慢慢就在我们实验室博得了“风哥”的名号，我也跟着调侃，不觉得拗口和别扭。很快，他做出了第一个不错的工作，可以保证顺利毕业。随后，我让他自由发挥，放开手脚去做点什么。这时，风已经很被欣赏了，而我也偶尔有一次知错必改。 ( 二 ) 既然被欣赏，我鼓励风继续读博士，并开始 ( 巧舌如簧 ) 2 地去鼓动他。他答应参加博士考试，但声明他英文不好，要过南大博士英语考试这道坎完全不可预期。当然，固体物理和量子力学没问题，不用复习也能够轻松过关。他看起来也花了时间在这两门课上，期间并未耽搁展示他在材料合成方面的肌肉与力道。 考试结果出来，他英文好得莫名其妙，而固体物理似乎发生了空间反转破缺。我不知道是他调控了这个随机过程还是随机过程淹没了他。 没办法，在我失望之余，他很快就找到了工作，现在很春风浴面的样子。 ( 三 ) 在华的提示下，风毕业之前尝试合成了一种多铁性材料，合成过程蕴含了很多玄机，我没有足够洞察力能够写下来。测量获得的铁电数据可能算是目前锰氧化物多铁体系中很好的。风和华合作测量分析了主要数据，结果很不错。但由于缺乏磁结构表征手段 ( 如中子散射 ) ，我们对其中物理根源一直有些犹豫不决、或是语焉不详。 尝试跟美国和欧洲相关小组沟通，有欧洲小组愿意与我们合作进行磁结构表征。可是，那时用于实验的粉末材料所剩无几。我让风能够再做一批，由于合成工作不容易，加之风在外已经很意气风发，事情很自然就拖了下来。 华有些不耐烦好的数据放在那里，他可能相信已有结果本身分量足够。于是，风卯足精神，一泻千里，以他一贯铿锵有力的语气，写成了一篇初稿。定稿之后，文章挂到了 arxiv 文库上，我们继续准备磁结构测量样品。不久，华和风终究忍耐不住，将文章投到一个据说是 很好的 刊物 。期间，我们也在日本的专业会议上谨慎地报告了结果，有关行家似乎不是很相信，或者认为有如此性能的可能性不大。无论如何，这种局面令我有些消沉，使我有些不自信。 不久，审稿人意见回来，基本没有大问题。唯一需要关注的是一位审稿人要求我们再仔细斟酌一下铁电极化的实验，确认热释电电流数据没有问题。感觉到审稿人不信我们的数据。可能是出于礼貌，审稿人提出了一个甄别的方案，实施起来并不难。我们初看之下觉得这个建议似乎顺理成章，也算权威，却并无特别留意其中物理上的是非纠缠。我们决定按照审稿人意见补充测量。 一切准备就绪后，测量用的 PPMS 恰到好处地坏了。送回去美国检修，美国人说没坏，又重新送回南京。这个过程差不多进行了半年多，我国海关工作也很努力。风已经毕业去工作，华和我也只好耐心等待，转而关注其它工作。 ( 四 ) 仪器返回后正是盛夏，天气潮湿，测量背底很高，不能保证数据可靠性，风(春)华只好等待秋实。可是，此时投稿刊物已经删除了我们文章的信息，意味着我们修改超过了期限，刊物不再考虑我们的文章，扔进垃圾桶。加之各种工作轮番来往，文章修改拖延下来，我也基本没有了脾气，准备放弃。两周前，华觉得结果继续放在那里可惜，建议我转投其他刊物发表出来，也算没有辱没我们的付出。 就在华日夜兼程编撰新稿，准备投寄别刊时，他意外看到 arxiv 上刚刚挂出一篇新作，并标注已投稿到同一刊物。此文报道英国与法国几个研究组合作，按照我们思路制备出这一材料的单晶，大小比 1mm 见方要小很多。他们测量结果与我们预印本报道几乎一致，并追加了系统的磁结构表征。此文有风度，将我们的预印本作为其研究工作依据加以引用，也算承认我们是这一材料铁电性的发现者。 我开始着急。匆匆将风拖回来，与另一学生一起日夜赶工，按审稿人的方案顺过来反过去测量，发觉审稿人预言的现象不是深藏不露就是了无音信。吃睡不香之余，仔细揣摩，方才明白审稿人的预言并不物理。当时如果仔细斟酌推敲，应该可以说服审稿人而无需补充实验。 ( 五 ) 华开始动手修订文章，准备送往他刊。问题是，他好像心有不甘，半夜“冒失”地跟那位刊物联系编辑写了封信，提及英国人法国人合作的那个工作肯定了我们的结果，审稿人误导了我们。华要求将我们的工作重新加以审视，并转至 其 姐妹刊物 考 虑。那位编辑也算给力，将垃圾桶里的纸屑翻出来，马上转给了其姐妹刊物。 这个姐妹刊物编辑更给力，通知我们再投稿。在审阅了我们的投稿和抗诉后，直接就接受了文章。从时间上推算，编辑深夜收到我们的投稿，即时阅稿，然后通知我们接受发表，前后时长 40 分钟。 整个过程则持续了 4 天，包括周末 2 天。 这是我们发表研究工作经历中具有戏剧性的一次，也是给我们深刻教训的一次，让我们再行品尝生活的滋味。教训是多方位的，令人有些眼花缭乱和力不从心，印证了随机过程不可抗拒的威力。 只是，风研究生涯的随机过程告一段落，而华的苦乐还要随机继续进行下去。 (图片来自网络)

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物理人生(120)--秦岭物语

热度 18 Ising 2011-10-7 09:03

秦岭物语 20111006 ( 一 ) 二十多年前，我从汉水尽头的武汉挪到古城西安读书，一开始就强烈感受到西北大地与江南山水的不同。初始之时，一直未能明白个中缘由。后来听说距西安不足百里的秦岭山脉是导致这种不同的重要元素。有记载说“秦岭山地对气流运行有明显阻滞作用。夏季使湿润的海洋气流不易深入西北，使北方气候干燥；冬季阻滞寒潮南侵，使汉中盆地、四川盆地少受冷空气侵袭。因此秦岭成为亚热带与暖温带的分界线。”秦岭因而称为华夏之龙脉，将我国划分为南北两大块，气候环境迥异。 在西安三年，虽未曾踏遍关中八百里山川，却也算是足下铁鞋破黄沙，拜谒过不少名胜山川，但一直未能踏入秦岭山脉。三年很快飞逝而去，终南山下未缠绵，已是年华载青花。离开西安二十年，始终未得机会弥补这一遗憾。 在我脑海里，秦岭之地，既然是战国时代秦国之最高峰，既然是划分华夏四季菁华的龙脉之分水岭，一定是延绵千里、高耸云端。今年夏天，终得一机缘进入到终南山中，朝见龙脉一回，也算窥得其中皮毛之一二。感触笔端，心曲漫疏，初尝梦里，采桑子吟： 采桑子 · 青山如故 少时北枕长安帐，衣锦黄沙。 衣锦黄沙，步履关中，南去有梨花？ 如今烟雨平川外，一骋高骅。 一骋高骅，跋涉云端，流影染青崖。 ( 二 ) 之所以能得此机缘，还有一个重要原因是终南山隧道。终南山隧道乃目前我国最长的公路隧道，全长 18 公里 ，一条直线踞地宫，尽泻而出快意融，没有丝毫拖泥带水。据说这一隧道将西安与柞水之间的行车时间由 3 小时缩短为 40 分钟。有了这条隧道，昔日在峡谷之间蹒跚而行的羊肠公路终于被赋予历史的特征，成为文人骚客、精英巨子落落寡欢、悻悻而文的最好对象。 开凿终南山隧道之前，翻越秦岭充满挑战与艰辛。自古以来有许多牵肠挂肚的人事。终南山隧道周围的青山人文、桑田苍松的变与不变从来就不是游人关注的焦点。我们津津乐道的是开凿这一世界第二中国第一的隧道之时采取的激光准直技术，使得峻岭两侧相对而凿的坐标错位不大于 2mm 。 有了这隧道，就能“何妨相思两地分，长安柞水一夜回”，遂再而采桑子吟： 采桑子 · 隧穿天路 终南山下千百转，古道千年。 古道千年，千缕曲弯，都付往时谈。 长安柞水相思少，日月之间。 日月之间，天上一忽，地上指弹还。 ( 三 ) 我们入住的盘古酒店坐落在秦岭深处的一条峡谷谷底，旁边就是西安通往汉中的羊肠公路。那两天，因为刚刚雨过，谷底的溪流被咆哮的山洪代替。坐在车里，看山峰青崖在身边旋转滑过，眩晕的感觉难以避免。盘古酒店在山中很深处，不远的山峰在云间穿梭不息，有孤戚仙宫之境。 此处孤独驿站之地，取名盘古，自是有一番来由。大约从秦岭东去，汉水相生，淮河两岸延续香火，肥沃着中土南北的炎黄儿女。北领黄河，南出长江，岁月凄凄，群山不变。立足于酒店窗前，峡谷壁上，酒残茶羹，都是诗情意境，故三番采桑子吟： 采桑子 · 盘古宫外 云深遗落兰亭秀，一抹妖娆。 一抹妖娆，应诉菁华，路漫裹松涛。 金盅尽处天涯始，两挽林蒿。 两挽林蒿，盘古不眠，长夜奉心高。 ( 四 ) 未及拜谒秦岭之时，以为秦岭一定是青峰雄踞、云海不竭。待到身在山中，才看到茫茫山川并非如此，站在巅峰虽天高云淡，但险不致、秀不孤、峰无奇、渊不深。秦岭并不高，最西端的迭山也不过 4800 米 海拔。然而，这 3000 里不高的群山横亘东西，造就了黄河长江流域各自的地理风貌，构筑了黄河长江文明的地理架构。 这种态势意味着，山不在高有仙则灵的道理，未曾高耸厥天，只要万山齐喑，就可以框检乾坤、快意江河。而泰山骄若擎天一柱，华山险如刀锋剑影，黄山瑰丽甲天下，都不过是秀外天下而已。即便有昆仑一角穿天外、珠峰潇洒万年雪，都是在塞外高原，离中土很远，对中土俗家文明影响不大，白有倚天屠龙、天山七剑于书中发骚。 山川是如此，社会人事也是如此，这大概是我们不赞叹秦岭不行、不吟诵秦岭无知的理由，遂四作采桑子吟： 采桑子 · 万山齐喑 莫言长岭分天下，五岳不看。 五岳不看，淮汉皈依，千里护江川。 直出秦汉荫唐宋，武致文斓。 武致文斓，历史昭昭，写在庶民间。 (以上四幅图片均来自于网络)

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物理人生(119)--那些遗失的对称

热度 16 Ising 2011-10-5 21:40

那些遗失的对称 20111005 傍晚，今年的诺奖化学奖公布，获奖者是以色列著名科学家丹尼尔·舍特曼 (Daniel Shechtman) 。毫无疑问，由于准晶 (quasi-crystal) 的发现，舍特曼先生应该获此殊荣。但这项成果如其说应该归属化学奖序列，不如说更应该归属物理奖序列。从这个意义上，我在此说三道四自然会引来化学学者的不肖。所以，我还是避开这个敏感话题，转而去追溯一些有关准晶本身的胡思乱想。 1980 年代初准晶被发现之前，晶体学和固体物理教科书明目张胆地写明满足空间对称群的晶体对称性只能是 1 、 2 、 3 、 4 、 6次 ，不可能有 5 、 8 、 10次 等晶体对称性。这一规范是现代晶体学和固体物理的基石之一，在准晶被发现之前，至少在物理学框架内从未被撼动。我们暂且将准晶所遵循的 5 、 8 、 10 等对称性称之为遗失的对称。 下图就是一个典型的满足 5 次对称性的 Ho-Mg-Zn 准晶体，其晶莹“剔透”的形态和等5边形当时 让人既爱不释手又诚惶诚恐。( http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ho-Mg-ZnQuasicrystal.jpg ) 自舍特曼先生首次揭示准晶以来，日本科学家和中国科学家也在这一当时的崭新领域做出了重大贡献。郭可信先生以下有一批科学家成长起来，成为准晶研究领域的重要力量(郭可信先生的团队在国际上较早地报道了五次对称电子衍射图，并发现了二维八次对称准晶和十二次对称准晶，首次生长出毫米级的十次稳定准晶单晶)。随后，基于这些遗失对称的科学发现也算层出不穷，包括一系列基于准周期概念的新兴物理学分支诞生出来。由此，物理学界很早就期待准晶发现被授予诺贝尔物理奖，但一直以来事与愿违，以至于物理学界自嘲说可能是准晶发现并未像巨磁电阻 (giant magnetoresistance) 、光纤与 CCD 及石墨烯 (graphene) 那样导致或者可能导致巨大的高科技工业应用吧。事实上，关于准晶，就像关于分形一样，在火热研究的年代也未能勾画出一幅让政府、工业界和纳税人信服的应用图景。所以，到了今日，诺贝尔化学奖评审委员会大概为此物质之新形态被冷落而耿耿于怀，出来打抱不平，向物理学界同行表示讥讽与抗议。 其实，准晶背后这些被遗失的对称性并非无人顾及。英国大数学家 Roger Penrose 爵士 1974 年就从数学几何角度阐明了两类或者多类拼盘可以构造出这些遗失对称性。下图就是利用两类等边四边形构筑的准晶对称性图案，虽然这并不是他 1988 年获得 Wolf 奖金的主要贡献。当然，像数学上诸如Fibonacci数列( http://en.wikipedia.org/wiki/Fibonacci_number )也应该可以跟准晶概念扯上关系。关于后者，因为数学的复杂与优美，我不敢在此班门弄斧，自然会有如曹广福这样的专门之家来阐述其中的精彩与奥妙。 Oil painting by Urs Schmid (1995) of a Penrose tiling using fat and thin rhombi (http://en.wikipedia.org/wiki/Roger_Penrose) 由此，我们来看一个简单的例子：下图中左边是准晶相高分辨电镜图像，右边是对应的两类等边四边形双拼起来构成的 5 次对称图案。类似的图案我们可以在网络上随意找到，典型的搜索引擎是： http://www.google.com.hk/search?q=quasicrystalhl=zh-CNnewwindow=1safe=strictbiw=1600bih=746prmd=imvnstbm=ischtbo=usource=univsa=Xei=FFaMTq3-Ma6ciAfy39DmBwved=0CEIQsAQ ，在那里，您只要有耐心，可以基本上了解准晶研究及爱好者是如何让遗失的对称性为观众慰藉眼睛和视觉的。 构造这种5次对称准晶体的两类等边四边形本身当然满足传统晶体对称性，如2次对称或4次对称。这两类四边形彼此之间满足某种公度关系，例如四边形内角应该是pai/5的整数倍，并按照一定的规则排列起来。因为内角是pai/5的整数倍，构成的拼盘对称性一定是5次对称。 类似的几何推理可以应用到各类满足经典晶体对称性的两类或者多类图形单元之拼盘。 准晶本身到了这一步，我们已经能够大致明白其构成的几何渊源。然而，令人着迷的是，能够形成准晶的实际晶体中为何会那么“凑巧”地形成这样两类四边形对称的结构单元？它们又如何能够在晶体形成环境中恰到好处地有序交替排列形成准晶体？相关的固体物理学与热力学/动力学研究构成各自的领域，已经能够为我们揭开谜团。我本不才，不敢在此一一论及。 的确，准晶的发现是重要的，概念是崭新的，值得称道的，也成就了Penrose爵士的丰富想象与智慧。但那些准晶体化合物或者合金本身除了一些独特的力学性质和热学性质外并无非常特别之处。然而，世事往往无常，科学也是如此。准晶的概念激发了一些非常有科学意义和实际应用价值的科技新领域。就我笨拙之人所了解到的有：准周期超晶格、分形结构、非线性光学和声学中的准位相匹配、现代超材料中的一些新奇结构、现代图形学，等等。倒是在化学领域，我没有听到多少准晶概念诱发的成果，虽然化学也许可以按照某些对称的叠加来构造具有遗失对称的分子或者超分子，据说具有很好的化学特性，如催化特性。但这些是行外之言，非我所能妄想，只是在现有知识框架内，从电子结构角度我们还不明白遗失的对称能够诱导出什么新的几何。 关于准晶概念和Penrose拼盘对固体物理的深远影响，我在此简单归类，肯定是不严格和粗糙的，请不以为意： (1) 准晶，说得粗鲁一些，就是将两类晶体结构单元进行复合，也就是一类在原子尺度规则排列的复合材料(composite matters)，注意这复合材料中不可以有任何空隙^_^。复合材料学家一直以来为此而自豪。 (2) 准晶结构应该没有长程平移序，或者说是两类长程平移序参量在空间相对错开(例如相对转动一个角度)后再叠加起来。因此，一切需要满足平移对称的物理过程之特征长度不再存在。我们说晶格滑移(滑移决定力学行为)和晶格振动格波(格波传递热量)就需要这种长程序，因此，准晶的力学性能和热学性能就会与传统晶体不同。 (3) 量子力学在准晶体系中的表象应该是非常精彩而出人意外的，因为像电子波函数之类的物理在准晶结构中会展现不同的性质，虽然这类不同有多么深刻的新物理值得商榷。这类问题可能由刘全慧教授( http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=3377 )这样量子力学已烂熟于心的专门之家来阐述更为合适。 (4) 将两类或者多类特征尺度互不公度的物理元素进行组合，这是固体物理发展的精髓思想之一。上面提到的准周期超晶格、分形结构、波矢的准位相匹配、现代超材料等等都是此一精髓思想的实现，蔚为壮观！ (5) 特征尺度的组合是物质结构的一大工程，因此永远是值得探索的。不过，对称结构单元的组合几何可能更具有拓扑方面的意义，感觉上应该是如此。拓扑物理在实空间和倒易空间(坐标空间与动量空间)有没有可以绘画的天地？ 自然科学一些重要的概念、理论、现象离开为人类创造显性价值往往很远，但这些概念、理论却是人类认识的基石。今天的准晶是一个例子。 无论如何，准晶获得诺贝尔物理奖是众望所归，但获得化学奖是众之所奇，印证了生活的精彩、科学的纷呈。

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物理人生(118)--风华秋髯

热度 8 Ising 2011-9-26 09:23

风华秋髯 20110926 有很长时间没有注目科学网了，偶尔登录那个高地只是如产生一个 d 函数那般，心情没有丝毫宽度，也不大有蹂躏视觉神经的感觉。热烈的话题在热烈的人中龙凤那里跳跃转动着，会一直到永远，没有耗散、不会宁静。每天的世界就像那只混沌双蝴蝶的奇异吸引子，让人找不到其中重叠共振的轨迹。就算温婉如中秋诗会的乱语呢喃，湘雅君子设置了简并的初始门槛，也没有能够让我在其中隧穿哪怕一个来回。这就是慵懒无光的时间序列，平缓、光滑。我很奇怪为何自己看起来没有丝毫激情，不再能够在创作中掺杂创新，也不能出口浑浊、出手伤天，即便是屠呦呦先生的拉斯克金秋色彩也未能展宽我的神经激元，激发起来的依然是一个视觉的 d 函数。再往前，即便如饶毅在院士和候选院士们面前祭出 superconducting 之舞，即便如几位先生在一世英名面前按捺躁动，状作 soliton 或全弹性散射，内心激越而外表优雅，我依然如很多人一般都是全同粒子凝聚的背景，没有任何相悖或者不相容的轨道。 究其缘故，大概是因为这几年越来越走向底域和关注最底域，也就是那些没了动力而基态的东西。只要我将她的周围孤立起来，她总是那样笑容可掬，让你伸手可及，有滑动的感觉；除非你要激发，否则连滑动摩擦系数都不存在。生活之外，高歌猛进的动力学不再让我与之一起闻鸡起舞。斗室之内，充满看不见的层流听不见的湍踹，只因为被让一切要有皈依、一切要寻因果。 二十多年前被痴迷的那些相变 (phase transformations) 都是粗线条，根本就没有纳米尺度下那些间接可见的物质如此那般纤细、轻忽、似是而非和似非而是。十年前做相变 (phase transitions) 时才开始有涨落的成分，一边是迷雾欲散还霾，一边是咫尺之距积分如微，所以只能用难以控制的期望值去量度，美其名曰是标度 (scaling) 。 再到现在，开始瞻仰最底域的音容笑貌。激越的万物人事便开始退出心灵，淡出视线，朗之万动力学不再是改造世界秩序的函数。唯一感觉实在的是那些底域的呼吸与梦呓，唯一为之倾倒的是那些底域的优雅与风采。这，大概就是自以为是之智者衰老的特征，就像麦氏分布那长长的尾巴，拖曳在如画风景不再、壮怀激烈不酣的今天。 但我自以为是的优点是将自己定位在势利和虚荣的位置，乖乖地在那里待着，稳如磐石。即便偶尔试图去攀登与邻居相隔的势垒，却不会长期占据左右邻居的位置。奋力将自己的势利压低，以便能够更加自得其乐，也使得邻居因此而高高在上。这会不会是今天中国的一个被科技精英人物的作派？ 无论什么物理人事，例如那些带着狂躁的永远没有交点的双蝴蝶，再怎么飞舞也还是那幅双蝴蝶。例如那些带着高贵纯洁下作隐晦的永远只能标度的 1/ f 谱，再怎么随机也还是那幅 1/ f 谱。她们都不如最喜欢的双势阱图景。在简并的两个 Valleys 之间跳来跳去，虽然不会撼动生活中声名狼藉的大势，却能够实现一次读写，为问学之上的演化贡献一次读写、存储两个字节，觉得自己总算有了潜在的价值。 至于，很多人都拥有的带有 500Gb 硬盘的电脑，它们在报废之前那些最底域的 bytes 是否曾经被读写过一次丝毫都不重要。我国科学界需要的是拥有 500Gb 亦或是更多！因此，我羡慕那些能够只管拥有而不计较底域 bytes 是否被读写的人们。羡慕他们激扬指点的风度和积淀；羡慕他们层出不穷的创新和居高临下统揽天下的意识；更羡慕他们那种截住 (chop) 一点不及其余的冲击力。从此开去，层层剥茧丝丝抽筋从而黑白分明文章巅峰，是那恣意潇洒、心灵清逸的舒畅涂鸦自己的心灵。 只是，你会看到，一切站在高处只对行者痛恨和不肖都是心有缺失的行为，精英的质心应该包含对自我身心运行的反省与折磨，在出发推动世事之前检讨自身，这样才能有站在道德低处的定律。 这个定律曰：我们共同的遗憾是我没有能够做得更好。 (图片来自网络)

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物理人生(117)--枝晶之形，生活之态

热度 14 Ising 2011-8-22 08:13

枝晶之形，生活之态 20110820 很多年前，我在西北工业大学追随于周尧和先生左右攻读材料科学博士学位，拾先人牙慧，对物质中枝晶 (dendrite) 结构及其形成原理有些痴迷。这种痴迷大约源于枝晶美丽的外观形态，源于前辈于心、于文、于书而收集的各类物质相变过程产生的视觉形态。我本愚钝，在当学生的岁月里懵懵懂懂，不知格物之绚烂，只知生活之艰辛，不能读懂枝晶成长背后物理之所寓指。而今慢慢有了一些轻浮感悟，便开始调寄“去年今日捧玲珑，未晓晶莹瘦雨中。今夜一轮玄月吊，痴心滑过莫不同。” 用严谨或学术一些的语言来说，枝晶的爱好者当与我一般，功利于两方面。其一，视觉之内物质世界的最常见形态之一是枝晶。枝晶遍布物理、化学、地质、生物、生命、工程实践乃至经济与社会之各类现象中，如果量子能够被暂时忘却的话。其二，枝晶的特征尺度是连结物质结构与性能关系的重要纽带；例如，工程材料主要的力学和物理性能都与枝晶特征尺度直接关联。因此，物理学和材料科学研究的功利目标之一便是理解枝晶特征尺度的根源并由此控制枝晶尺度。 拙文意不在展示自然界丰富的枝晶形态 ( 有兴趣的看君可以点击 这里 、 那里 、 还 有 那里 、 再 有 那里 去慢慢琢磨 ) ，而在于将枝晶的生长形成 (pattern formation) 作为一抹景色来衬托心中对物理尺度的感受，即“枝晶之型，生活之态”。 我们从最简单的单一枝晶雏形开始：下图所示乃一根大致各向同性的枝晶生长过程 (Y. Saito et al , PRL 58, 1541 (1987)) ，其中 L 为枝晶特征尺度 ( 尖端曲率半径或者二次侧枝间距 ) 、 V 为枝晶生长速率，即枝晶尖端从左向右生长快慢的量度。这种形态，即便没有五彩斑斓，也总会令理论物理学家心动。未能被感动者，要么冷酷无情、要么心中无婉约之灵性，可能是要不得的。 ^_^ 为了描述心中的感受，我们做一点简单的物理分析。从自由能角度来描述枝晶形成过程，以特征尺度为变量，枝晶生长的自由能 F 可以写成式 (1) ： ***************(1) 这里 A 和 B 为与物质物性相关的常数； L D 为枝晶生长的扩散长度， D 为孕育枝晶之母相中主物质量的扩散系数； L T 称之为枝晶生长毛细长度，即界面张力 ( 界面能 ) 决定的长度量。绝大多数情况下， L D L T ，差距可以达到 5~10 个数量级， L T 小到几个纳米，而 L D 在 m m 到 m 之间。 如果一定要将这两个长度量与微观个体行为对应起来，那么 L D 代表众多原子、分子或者元胞个体的整体协同行为尺度，而 L T 则表达这些个体各自特性的尺度。前者也量度整体协同对外部激励的响应能力，类比于集体意志；后者量度个体单元保持个性的能力，类似于个体权利。集体意志是演化的驱动力和践行者，而个体权利则是一种相对静谧不变的基本元素。它们之间虽然能力差别很大，但相互关联与竞争却是与枝晶有关一切行为的核心与根本。 因此，单纯如抛物线这般的枝晶轮廓，也能将能量世界中的整体与个体牵挂在一起，让它们相互掐着、竞争着。这免不了让我们联想到在社会中立足，每个个体也经历着生命力与生活之间相互掐着、痛苦快乐着的时光！ 在枝晶生长时，控制扩散长度 L D ( 即 D V ) 的物理过程可见、主动、有力、具有主导性。而决定毛细长度 L T 的物理要素则被动、保守、难以改变，例如，要大幅度改变一个生长体系的界面能是较为困难的任务。所以 L T 相对难以被改变，或者说被充分保护着。只有 L D 接近 L T ，即集体意志企图剥夺个体的最后一块遮羞布，或妄图梳理禁锢每一个个体的最后尊严与自由，才会遇到强烈的被动抵抗。否则，毛细长度 L T 总是躲藏在无垠深处，无声无息。 从另一个角度看，扩散长度可以大手笔操作、纵横激烈、粗线条调控。而毛细长度的改变则多是细雨无声、精到温馨，温和如丝雨，像抚摸你我的甘苦和心愿那般。所以，扩散长度对应群体生命的意义，而毛细长度则丈量个体生活的长河。 物理世界的王道是能量竞争，强者生存！如果一项能量与另一项能量相比微不足道，则能量很小的那一项尽可以被忽视。这是处理多重能量竞争问题的通常做法。式 (1) 告诉我们，为使能量降低，枝晶生长趋向于 LL D ， L D 成为枝晶特征尺度的上限，玩弄 L D 就能规范枝晶尺度的大小，调控物质的性质。集体意志相信，能量总是从最低处激发，越高能量生命越灿烂。 所以，数十年来，研究枝晶的精英们使尽浑身解数，让智慧填充激情与躁动，发展各种方法来控制生长速率 V 和调控扩散系数 D ，使得扩散长度可以在很宽范围内变化。精英们提出了许多理论与概念。非常著名的有 diffusion-limited aggregation(DLA) 模型，发表在 PRL 上，成为 PRL 刊物十篇他引最多的论文之一。从能量竞争意义上，枝晶生长一直被认为是扩散长度 L D 任意主宰世界的范本，所以枝晶生长被称之为 diffusion-limited growth 。 然而，物理世界也有践踏集体意志的时候，对于枝晶生长就是如此。无数的实验都观测到，枝晶尺度 L 并不肯简单听从 L D 的差遣，即 L ~ L D 的关系 ( L × V = 常数 ) 始终不成立。实验所支持的是 L 2 × V = 常数的规律，即 L~ V ，意味着 V 必须做出更大的改变才能够促使 L 的变化，扩散长度无法为所欲为！现在我们理解到，枝晶特征尺度 L 总是在 L D 和 L T 之间游弋，无法超越 区域之外，其背后的物理原来也非常简单：物质的取态总是能量极小！ ***************(2) 这是能量竞争系统从“能量求和”向“尺度求积”的转化，是浅薄的人类常常忽略与藐视的环节。式 (2) 因此成为从生命的张弛走向生活的蹒跚之一个缩影，是阐明“枝晶之型，生活之态”的良好标记。 因为个体的性质在枝晶生长层面上是难以撼动的，所以 L T 可以看成是一个常数，因此式 (2) 就成为： 与实验观察相一致！因此，毛细长度虽然细微，能够参与竞争的能量虽然卑微，但对枝晶生长的作用却依然通过独特的视角栩栩如生地表现出来，不让扩散长度独美！ 枝晶生长如此简单的物理，也能够预示文明社会中的一种常态：集体的意志也许总是占据主导地位，但集体意志在得意忘形地践行时，不要忘却了百姓心中那些世俗而卑微的愿望。精英们站在高处恣意无限的时候，不要疏忽芸芸众生心中那些世俗而微小的尺度才是构建那些高处的单元 (unit) 。 否则，群体的高楼注定会凋零崩塌在平凡的大地中，并且。。。。。。！

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物理人生(115)--中国地与高速度

热度 6 Ising 2011-7-29 13:35

中国地与高速度 这些天偶尔会上来这里浏览，看到科学网博客的主色调都是温州动车追尾事故的发酵文章，赤橙黄绿青蓝紫的色彩都暂时褪去，留下的基本上都是七色混杂的白色所表达的伤痛与感性。每每看到这些悲伤、衷情、激烈和愤青的文字，我都感到有些害怕，就像我自己正坐在那动车里面向温州驶去，由之不敢言声。科网很多的网友博主可能与我一样，都潜在水下，看那些学者与知识分子从各个角度咀嚼着这事故台前幕后的酸甜苦辣与悲欢离合。如果将这些天看到的放在脑海里慢慢地熔化，然后再慢慢地凝固，形成一些有序的线条和组织，我们会看到，事实的真相好像是那样地无力和混浊：毕竟，原因之一就是那个车站的信号管理系统出了故障，加上值班人员的疏忽，酿成了如今的重大后果。 随后，我又看到李学宽老师的文字“ 更为惨烈的列车相撞 ---- 杨庄事故 ”。杨庄事故的一些内部报道我也看过几篇，之所以关注的一个重要原因是家父乃这次事故的幸存者之一。当年他被从死人堆里面拉出来，生命垂危，被送到开封的当地医院抢救。救治完后并无人关注或者赔偿，政府也未就此事与家父有一个交代，家父就自己拖着未愈的身躯匆匆返回湖北。此事一晃几十年过去，直到最近，家父年高了，才开始唠叨此事，唏嘘感叹。而过去的这几十年，家父大概和新旧中国那些承受命运伤痛的很多人一样，将这些埋在心底，倔强地往前看，往生命能够流淌的方向看。 我在暑假打发时光的内容之一就是每天坐在办公室看两集电视剧，最近在看的是李幼斌主演的《中国地》。这部作品用敦厚的视觉与醇厚的语言演绎东北一个地势险要的乡村 —— 清风岭 —— 抵抗日本人侵略的悲壮故事。当然，李幼斌重新阐释了《亮剑》的风格，将具有鲜明中国特色的男人和女人在抗击日本和在艰难渡过每天每夜这两条线上的故事表现得淋漓尽致。您能够看到，很多中国人的个性和特质都在那里起着好的和坏的作用，将抗日的事业和日常的百姓生活搅得天翻地覆，让人扼腕而叹。 联想到这些，才有了本文的标题 — 中国地与高速度。 中国和这里的人民数百年来一直是通过剧烈的动荡和大起大落的时光来洗涤和冲刷民族灵魂的。这种洗涤很多时候是那样悲壮与让人扼腕，却陶冶了民族的精神和灵魂，使得民族精神在走向现代进程的崎岖道路上扭曲与延伸，变得更加坚韧和执着，当然也获得了本质上的提升与进步。面对日本侵占的艰难时代，中国的乡村将那种儒礼风尚的印记慢慢地打磨，用众多生命的代价获得教训、警醒、灵魂进化与生命提升。如果那个时代也要清算与事后诸葛的话，如果那个时代也很民主与自由的话，中国的历史沧桑是否如此是难以估量和撰写的。 经历了半个多世纪，到了今天相对富强与现代的时代，民族行为与灵魂的洗涤依然如此，区别不过是在层次上而已。《中国地》里那个痴情考古的王先生在每一个悲剧发生的时刻都会大声疾呼要改造国民性，要提升国民觉醒与文明的素质，但所有行为与灵魂的洗涤依然是通过悲壮的故事来实现的，不断地印证王先生的理想与呼吁。虽然王先生的呐喊呼吁多被淹没在噪声的背景之中，但噪声毕竟也有其内在规律与谱学特征。温州高速度动车事故的故事依然如此，不仅仅在科网上的那些义正词严和道德高处的责问、温情、愤青、呐喊像王先生的大声疾呼一般，我们读来充满了内在的激越与精神的谱线，感受到这些谱线在慢慢地阐释这一事件对民族行为与灵魂的洗涤与提升。 所以，我们理性地看待这一事件，看到这一巨大生命代价所支撑的那种驱动变化与进步的动力，注释出一种理性、敦实的声音，而不是一种失落、悲观、虚拟和偏执的语调。 虽然是很多无奈，但是我们脚下这块大地毕竟在剧烈地抖动，只要是万家灯火，就不可避免总是要承载这悲欢离合。科网上的专家和精英，更应该理性看待这一点。最近几天，我们所读到和领悟到的，似乎也是如此。若如斯，才是沧桑正道真如铁！ 是以乱发如此议论，为心里的这味炽热降温！

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物理人生(114)--做平凡的事

热度 16 Ising 2011-7-12 07:12

大屿山机场 20110710 最近频繁旅行，不是参加学术会议做报告就是参加评审会或被评审会，显得匆忙而充实。那些奔波其实是烟云过眼，那些休闲也是过眼烟云，时光效率基本低下、创新之性基本缺乏。有时虽然也会灵光乍现，为自己的焦虑而目光呆滞、心思萎靡。像我这样的人，心中的未来始终只有终结而没有光明，年复一年，尽是如此。 例如，今年过半，收获的成绩不及去年，更远逊于前年。在 Web of Science 中检索出年文章数目和年被引用数目，两个指标对年度的函数关系 (The two numbers as a function of annual unit, respectively) 显示我和我学生的表现离开最大峰值位置已经越来越远，人生似乎就只有在 2007 年那一个达到峰值。气馁之余，给自己找一个客观理论来做出解释是非常必要的，以便被学校科研 ( 的 ) 行政部门检查的时候能够兜售这个理论，忽悠一下。 坐在机场一角，一边欣赏那些将要被大屿山周边海面润湿的机翼，一边也在面对 International Herald Tribune 周末版。我找到了那个理论，它浅显易懂，没有深刻的思想，使得我都不好意思借出来在这里“微博”原作者的“浅薄”。这其实是正在诞生阶段的一个社会学理论，相信我绝对没有原创的勇气。 当一个政党、一个政府和一批精英为了解决那些长期不能很好解决的社会问题时，苦心孤诣，能够提出和实施一堆漂亮而有精美理论支持的政策。但遗憾的是，大多数政策的实施结果都是令人失望和感叹的，很多政策基本上是折腾，或者是一次又一次地折腾。例如，这些理论假定百姓对政策的反应直接而线性，非线性响应系数较低；或者说，钱 ( 投资或者派发 ) 能够解决基本问题，有了钱就基本可以了。殊不知，在一个文明国度、特别是像我们这种自豪 5000 年的文明国度里，这些理论比较糟糕。 推广到我们这些以科学研究为生的人们身上，线性响应绝对只是响应函数的一个微扰而已。我国从党中央到大学的系主任，共计 100 个级别，其科研政策都在倡导创新、都在创造方便于学者创新的环境，包括一系列考核性指标，外加批判文章数量和 SCI 评估，也包括重奖超一流 CNS 。我国的 CNS 相对值和创新并没有随着经费和人员的投入而线性增长，而呈现了奇怪的、涨落很大的、只有统计上具有可靠性的非线性增长规律。当然，这种增长没有文章数量和纳米刊物数目增长得那么快。为什么呢？ 先举那个正在诞生的社会学理论中一个例子。问你一个必须马上回答出来的问题：您所在城市的出租车起步价是多少。我知道在南京是 9 元，外加 2 元燃油附加费，即 11 元。统计而言，中高层收入者知道这一数据的也许不多，中低层收入者知道这一数据的一定不少，因为中低层收入者每天需要思考抉择的问题比中高层收入者多很多，包括思考在南京应该怎样打车才能够使得 9 元的起步价最划算。因此，抢答南京出租车起步价是一个反映行为人行为综合能力的个体指标。这样的指标性示例很多，它们反映了：中高层收入者适合于思考高层次、高附加值和国家社会之大问题，中低层收入者不得不思考低层次、最低价、最划算、最平凡实在的小问题。这种学问叫行为学研究 (behavior research) ，忽然间，怎么让我警觉这种学问是阶级成分论的科学基础呢？！ 中低收入者每天需要考虑和抉择那些日复一日没有创新的问题，例如：超市里买哪个牌子的牛奶最好？今天买了鸡蛋，还要买猪肉吗？本月买鸡是买那种鸡毛稀疏的仔鸡还是买披上了贵族盛装的老母鸡？今年冬天很冷，要不要再买件羽绒衣来代替二十年前的那一件？。。。。。。这些抉择由衷地占据了我们的很多时间，使我们获得了长期以来统计而言看起来很有快感和满足欲的利益，虽然没有创新。中高收入者则懒于且不必考虑抉择这些问题，因此便可以考虑本来“不存在”的创新性思维，并给出很美很对称的理想化答案。这是社会文明的两个隐性特征，维持着社会发展的循序渐进，并可以在热力学上进行非零的上坡扩散 (up diffusion) ，社会由此获得进步。 我们推广这个理论到我们这些中低层研究人员的行为学研究。 科学研究群体中，那些经费和收入不愁的人们每天需要思考的问题比那些经费和收入捉襟见肘 ( 其实未必如此，只是相对概念 ) 的人们每天要思考的问题在数目上少得多，有数量级的差别。前者思考大的科学问题，组织大的团队和一大批个体去攻克大问题，因此是伟大而让人景仰的。后者完全可以(当然，高尚者未必如此)从 both 付出最小化和获利最大化原则的出发去思考： (1) 我就这么多数据，能够捣鼓出几篇 SCI ？这些 SCI 可以赚多少钱？如果只捣鼓一篇大文章有多大胜算？即便成功，所得收入比前面那几篇小 SCI 比起来多还是少？ (2) 我就拥有这么些设备，做大文章所需的制备在哪里做？表征去哪里做？这个纳米如何看？那个光子如何测？ (3) 我就这个知名度，即便写出 ( 自认为的 ) 好文章，这个刊物编辑会不会歧视？那个同行同道会不会排斥？ (4) 我的项目申请书再这么写就应该是这样，写得大了非实事求是，对不住良心。这已经是我最大努力的结果了，项目为何还是不给我？ (5) 。。。。。。。 您看到，后者要考虑的与创新无关的问题与挑战是那样地多，因此其创新性平均起来就是那样的低一些。每天需要考虑的问题多，创新性就低。创新性毫无疑问与每天要考虑的问题数目成幂指数反比，不信您就去测量！因此，千人、首席、长江和各省市的黄河浦江湘江们思考的问题数目就是序列号的单调增函数。 人生来平等，性本善。虽然社会为科学家规定了等级，但科学的自我激励特征促使每个人首先追求人生平等的目标。很多小创新等同一个大创新，很多小项目积成一个大项目，很多小荣誉等效一个大奖励，很多灌水文章的冲击等效一篇大制作的点击量。这是亘古不变的，别拿自然规律说事，更别举个别事例来反证。 因此，行为研究给我们构建了科学界合理而实事求是的图像，轮不到大家们站在高处自家田地里批判，也轮不到小家们围在自留地里嘀咕。科学研究就是这样做的，需要高屋建瓴者发力而牵引，也需要下里巴人们慢慢而迁移，没有对错，没有高下，无需景仰而为主，无需自贬而下臣。 平凡者做平凡的事业、也即人生平等的事业，这绝对是人们的共性和追求，也是中国学界需要追求的景象。

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物理人生(113)--晶体之殇

热度 11 Ising 2011-5-10 10:45

晶体之殇 ---- 纪念蒋民华先生 20110508 天幕有些低沉，夏天开始有了猩热的味道。我们一行十人匆忙奔越千里，从迟暮的金陵赶往细雨蒙蒙的泉城，只是为了与蒋民华先生作最后告别。昨天夜晚穿城而过，泉城的体态孤独而有些沙哑，似乎还能依稀听到趵突泉的水磬，熟悉而静谧。 今天下午，数千人将济南粟山的那个广场涂上整齐而凌乱的黑白两色，能够听到的只有低低的抽泣和相互安慰的话语。先生安静地躺在菊花丛中，依然那般鹤发童颜的模样，安静地接受我们鞠躬致意和送别的目光。他那些一起奋斗多年的挚友，包括我认识的闵乃本先生、陈创天先生、吴以成先生、许祖彦先生，在大厅内都忍不住老泪横流。但是，生和死毕竟是不同的，躺在那里的蒋先生没有了往日丰厚有力的身躯，也没有了那独有的童颜笑意。汪师母说好几个月来他都沉默寡言，也许是向这个让他感到幸福和快乐，也觉得坎坷与疲惫的世界之一种回应。而更大可能的是，他心里明白，即便山水之间的千言万语，都难以言状他对这个世界的责任、牵挂和无奈，还不如就此沉默。到了今天，也只能是“生前身后万千事，尽在此时寂寂还”了！ 蒋 先生和他同时代的杰出同行们是我国材料科学研究与发展事业承前启后的中坚一代。我们这些后辈对蒋先生的认识多从我们研究生涯起步之时开始，时光短暂，因此并无资格去评定先生坎坷而飞扬激越的一生。这里，我不过是以亲眼所见、亲身所感扼要陈述自己的想法和念想，作为对先生的纪念，应该不算过分。 大家都认可，自 1980 年代以来，我国材料科学的发展令人印象深刻。二十年一弹指，今天的材料科学无论哪个方面与那时相比都已经是不可同日而语。不过，如果要数一数具有中国品牌和重大国际影响的新材料，应该说依然是屈指可数。激光与非线性光学晶体材料算是其中一朵奇葩。那个时代，这类材料主要是 LiNbO 3 和 LiTaO 3 的天下， KDP/KTP 还不能生长到器件级付诸使用。到 1990 年代前后，以陈创天先生、蒋民华先生、闵乃本先生、沈德忠先生等为代表的一批中国晶体学者，设计合成了偏硼酸钡 (BBO) 、偏硼酸锂 (LBO) 和 KBBF， 生长了大尺寸 LiNbO 3 、 KDP/KTP 和 KBBF， 发明了一系列人工微结构非线性光学晶体，使得中国的激光与非线性光学晶体材料有了周知的国际声誉，无论是从基础研究角度还是应用开发角度看，都是如此。这其中，蒋先生领导的山东大学晶体材料研究所在一大批优异光学晶体材料的生长与应用研究中获得了广泛认可和好评。做到这一点，绝非偶然和机遇，而是数十年来外人难以窥透的人力、物力、时间、智慧、勤奋、刻苦和同心协力堆砌起来的结果。感佩蒋先生在其中的核心作用和付出的无限努力，大概无人会加以微辞。 在人生后半生，蒋先生与他同辈的闵乃本先生、陈创天先生 ( 后来又有沈学础先生、许祖彦先生、吴以成先生等等 ) 在事业上密切合作，其竭尽心力之历程可算是中国材料科学界的一段佳话。从 1980 年代的人工晶体研究中心开始，他们几位构建了那个时代中国人工晶体研究的基本格局，先后筹划与担负了攀登计划、 863 计划、 973 计划等一系列项目，近三十年一贯之，亲密合作，从设计蓝图、精心布局，到励精图新、共谋发展，为中国人工晶体材料的发展做出了不可磨灭的贡献。他们这三驾马车，数十年来没有内耗、没有牵制、更没有相轻，有的是惺惺相惜、相互帮衬、相互支持，共同迈过诸多坎坷、克服许多困难、成就了他们各自夯实而富有意义的事业人生，也成就了他们数十年兄弟般的深厚情谊。这些事业与人生包括了我国人工晶体材料的可观成就和对国际晶体物理创新与发展的重要贡献，包括了他们各自研究团队和集体公认的学术实力与学术声誉，包括了那种高瞻远瞩的视野和工作上脚踏实地的岁月，包括了对后进的鼓励鞭策、对后辈的培养与提携，也包括了这些研究集体众多同辈与后辈们个人上那种手足般的友情与学术上那种无私且实实在在的合作与支持。 就我个人而言，过去二十年来，我由一个懵懂无知的工科学生在南京大学这个文理兼备之地慢慢融化，而蒋先生站在高处，对我倾注了他作为长者和老师的鞭策和督促。除了对我这个晚辈的勉励与赞扬之外，他也多次批评我学术之路有些扬短而避长，丢弃了工科的特质，辜负了闵先生当初的期待。现在看来，这些箴言慧语深刻而弥久，而我当时却没有听进去，导致今天在学业上的沉闷和缺乏创新。即便如此，只要有可能和机会，蒋先生在我弯曲而漫长的爬行之路上都给予扶持和勉励。我学术上几个重要时刻都有蒋先生留下的印迹。近些年，我偶尔有机会与蒋先生毗邻而坐，依然能够聆听他对材料科学学科、人才、发展的见解，也包括对我个人缺失的诊断与指点。我知道，亲近一个人要知道其缺点，疏远一个人要了解其优点 ( 闵 先生语 ) ，蒋先生对我所为，大概如此，让我一直都充满感激。令人唏嘘的是，这些教益如今已成绝响。。。。。 当然，过去几十年，蒋先生对中国材料科学与工程学科建设与人才培养所做的一切、对我国新材料产业化所做的一切，我作为后辈了解不多，没有资格给予评价。但是，几乎所有他的故交与后进都承认，先生倾其一生之力，用春蚕到死、蜡炬成灰作其素描，并不为过。 只是，人生茫茫，不能复始，功过自有后来释。善者择其上而善，后者择其风而翔。傍晚时分，我们驱车离开济南粟山，砂烁掠去，趵突泉声依旧在。当我们绕过泰山脚下、平抑悲伤之时，仰望山巅，薄云碎眼、浓雾流瀛。我们明白，泰岳叠嶂，趵突荥泱，先生之风，山高水长。

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物理人生(112)--诘难“发现”

热度 16 Ising 2011-4-30 21:22

物理人生 (112)— 诘难“发现” (110430) 最近一段时间身躯很闲、眼睛和双手很忙、心情很烦、神经很紧张也很绝望，根源之一是平面二维的案头上堆起来一摞山一样高的项目申请书。我们必须就这些申请书在规定时间内向规定地点提交规定的读后感和汇报。正所谓：一年一度为双规，闭月篇篇总相随。让我有些感慨的是，在很多基金项目申请书中，申请人对自己的研究成果或实验观测喜欢冠以“发现”之名，让我颇有肃然起敬之感。既然是肃然起敬，就有感而发，所以，这里要关注的核心问题是为何有那么多“发现”，汇报的内容是“发现”在贬值。 在自然科学的范畴内，“发现”本来是一个很了不起的单词。至少从我们这一代人上溯回去，这个单词背后蕴含了不起的成就，意涵对科学亦或其某个分支有重要价值的新认识，意味着对知识、社会和人的不能忽略的影响。也许是意识过时了，或者是一种说不清的文人相轻、嫉妒，或者是谨慎和保守，使我固守我的观点：“发现”是一项系统的创新性工作，而不仅仅是那许多细枝末节甚至是无足轻重的“新”东西。因此，我对这些声称的“发现”是否具有本征的属性很是惶恐，难以给出理性的判断。 当然，在当代，科学技术成为现代人类众多职业之一种时，“发现”也许变得很平常普通了。事实上，维基百科是这样定义发现的：“ Discovery is the act of detecting something new, or something "old" that had been unknown. With reference to science and academic disciplines, discovery is the observation of new phenomena, new actions, or new events and providing new reasoning to explain the knowledge gathered through such observations with previously acquired knowledge from abstract thought and everyday experiences. ” 严格按照这个定义，很多基金申请书和项目申报书中声称的“发现”并无不妥，的确也符合这个定义。 只是，让我感到迷惑的是下面的经历与感受： 1， 我们经常往美国 APS 和 AIP 的刊物投稿。如果不小心在一篇文章中混进去诸如“ novel ”、“ for the first time ”、“ … is discovered ”等词句时，刊物编辑会毫不客气地回函告知我们：“ from our opinion, authors are not encouraged to use those flaunt words ”。每每此时，我都会感到些许羞愧和脸红，感觉自己做了一件众人皆知的错事一般。 2， 我们也经常在各种学术会议和项目汇报上介绍自己的工作。每每说到自己的某项工作还没有看到前人有相关报道时，一些德高望重的前辈或者非常 aggressive 的同行们就会警告我们要谨慎，不要没有根据或者没有经过仔细查实就贸然给自己的工作贴金。有了几次这种经历，我都变得非常小心，忌讳与任何“发现”打交道，即便我们查实过， to our best knowledge ，这些结果的确符合维基百科对于“发现”的定义。 3， 阅读浩瀚如海的严谨而实在的学术文献，您会“发现”很少有作者对那些在各自领域“ well known ”和“ well established ”的“ milestone ”式的成果冠以“发现”来进行叙述，即便“ milestone ”对于我已经是高不可攀的评价了。事实上，那似乎还算不上是“发现”。在高水准的英文刊物里，“ discovery ”或者“ …discovered ”都是如皇帝名讳一般忌用的词汇，使得它受尽歧视，倍感委屈！ 4， 很多随着时间而不断堆积的教训告诉我们，这个世界上，“发现”一个科学的新现象从概率水平上与六合彩中奖事件属于同一普适类，极其罕见，从而弥足珍贵。这大概是经典科学 ( 例如物理学 ) 数百年来依然可以在大学讲堂上春秋轮回的原因。如果学生告诉您常规地“发现”了什么的时候，您的第一个反应最好是鼓动他或者和他一起去查实一番。从统计角度看，结果往往是非常负面的！ 我们因此面临两难选择：一者，“发现”的定义无可厚非，当科学“发现”成为天天向上的礼物时，无非说明这是“发现”与美元等价的世道。二者，如果维持“发现”的高标准和严要求，我们最好就不要轻易地要求基金委和科技部允许我们随便印刷“发现”的 paper notes ，从而避免其贬值和泛滥。 科学史上众多重大的“发现”基本上都非常低调，“发现”的主人甚至都不敢承认自己的成果是“发现”，有时甚至有意进行通俗化的包装。例如，物理上，整数量子霍尔效应是如此，自旋电子学中的巨磁电阻也是如此。一项科学上的“发现”，是需要锤炼和广布的，似乎具有如下几个娱乐学的特征： 研究结果在学科或者领域意义上非同寻常； 造成学科或者领域上的重大影响，带动新的学科或者领域的突破，被广泛承认和追捧； 通常非被自己而是被后人或他人基本一致地认为是接近“发现”的发现； 一些非常稀少而 exceptional 的异象 ， 如天才降临导致的从头算起。 。。。。 因此，在评价自己的成果时，最好避免在键盘上敲 faxian 这个词汇。英文里面 revealed, predicted, shown, suggested, proposed, argued, identified, recognized 等都可以让我们的英文读起来很舒服、很惬意。而中文里面，观察众多的评审会和成果鉴定会出具的报告，就可以明白可以用“揭示”、“观测”、“预测”、“记录”等词汇来代替那些完全是吉布斯自由能上升的激动 ¾ ¾ “发现”！ 其实，很简单， discovery 是一个经典，“ discovered ”是一种梦想。当发现自己“发现”时，检查一下主语是不是您！ 与“发现”同样忌讳的就是“首次”了，容不得我再啰嗦！ 如果得罪了，我愿意说“对不起”。

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物理人生(111)--金陵梅雪

热度 13 Ising 2011-2-14 18:48

物理人生 (111)— 金陵梅雪 20110214 金陵人喜爱梅花，以紫金山南麓的梅花山为傲。每年开春时节，很多人以一游梅花山为必践之行，为一年的光景而励志、鼓劲。 好多年前，市政建设者在北京西路人行道两旁栽种了两排梅花树，自鼓楼延续到草场门，延绵数里。这些梅树矮小而枝疏，形态萎缩而躯干匍匐，并不引人注目。一年之中大多数时候这些梅树被高大的樟树、杏树、梧桐和桦树所遮盖，甚至见不到多少阳光。她们花开时短，青绿季节着叶茂盛的时间也不多，不过平常尔尔。每年寒冬未至，北京西路上所有的树木都凋谢而尽，除了那长青的樟树。 我喜欢樟树，因为她们干净整洁、外形优雅，树下似乎并无深秋里哗哗下来的枯叶。因为长青，所以树根与周围的沃土患难与共，不让乱草滋生于周围，也不去抢夺大地的很多营养。不同的是，一年四季，樟树无花色吐鲜、芬芳夺目之时。这对我等入世凡俗之人，未必没有些缺憾。 倒是这些矮小的梅树很不同。虽然寒冷也让她们枝头枯涩、根裂节干，但冬季的苍天如果施舍少许和颜悦色都会使她们不甘萧瑟，径直要争红斗艳。每年新春过后，只要有那么一两天风和日丽，只要有那么两三天春天的气色萦绕金陵城，您就会在某一天早晨下意思地将全身畏缩在衣服里面、只将眼睛露在外面时，就有清香婉婉而来、款款兮兮。当您得瑟着寄步在北京西路上，突然就望见了两排低矮的红色、粉色、黄色的五瓣色彩、千姿百态，在萧瑟的晦涩中一泻而远去！ (右图来自网络) 那就是天地最早的梅花，就在我孤独行走的身边，在我不能自抑时正静静地往我身后离去。 我们知道，这岁末春初乍暖还寒的阳光不会长久。过几天，果然是寒潮汹涌，从北方绕过泰山直下江南，首先就将金陵的暖色拍到地下和屋里。梅花们不懂这一点，只知道趁着时光初升而恣意开放。待到这几天飞雪临空、寒意绕膝之时，她们才知道开放得太早了。您驻足于枝旁，看到点点梅影在渐渐卷曲而驱风寒，就有油然而生的不忍与怜惜。 这些并不漂亮美丽的点点们也知道尽可能花开在那些茁壮而居于低处的树枝上，且尽量挤在一起相互取暖御寒。只有极少数独占纤细枝头而款款摇曳者。我感怀于这些摇曳者的勇敢与孤独，每次来回均驻足而观，却看到她们不过数日就根断花谢。那些挤在一起的花瓣们却尚能支撑到今天，让飞雪下的人们得以继续瞻仰而自勉、养目以自期。 所以，我们明白，即便是傲雪寒梅，也还是要在冰冻天地有那些热的涨落与光的会心之后才能吐蕊而出。没有大地的这种激励，她们也还是得雌伏于土壤、偏安于根基。在大地用短暂的温情与湿润激励之后，那些引来长久瞩目与赞美者，都是攀枝于茁壮处、聚集于低许位。寄于高处而摇曳者，似乎与大地相隔犹远立足不实、似乎因独自与风霜斗志而忍受凛冽，更因遥驻高处、曲高和寡，也让匆匆而过的众里难以凭临驻足而必须仰首高企。 须知，凡俗之人是不大愿意仰首的、那些智者贤士大多数更是以仰首是瞻为耻了，除非是那千年梅影、欧阳手植。 这是寒冷中的自习课。望窗外飞雪漫漫，雪花流线呈现缓缓下落而激越飞升。不远处的梅花怕是要再经历“香自苦寒来”的一夜了。 渔家傲 · 梅雪 应是皑白明月处，天涯相对翩翩舞。 飞絮低吟飞上户。高高住，问君春暖花开乎？ 枯萎枝头谁人慕，一夜涌动柔情露。 众里低眉萧瑟路。痴心著，晨曦一目寒香赋。

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物理人生(110)--笨拙的创新

热度 17 Ising 2011-1-30 19:17

笨拙的创新 110129 两件事触发我想这个问题，当然，它原本不是问题，至少在创新国度里不是。 上午，研究组最后一位尚未返家的同学准备离开，回去父母身边过春节，而此前大多数同学早就离开了。我们一起又去了一次实验楼，再一次检查我们实验室的水电与门窗是否关好。同学离开后，我一个人在寂静的实验室里淌漾许久，仔细勘察每一件仪器装备和照明空调，确保节间那里是安全的，只让一间屋子里的浪潮服务器与楼下 HP 刀片服务器一道继续卖力奔跑。我为那些被关掉的设备感到惋惜，因为平时同学们都不得不排队等待很长时间才能使用它们，而今它们必须收起自己的执着与耐心，忘却与我们一起风华的科研生命。 其实，每个寒暑假都是这样，有很长时间这些设备闲置着，惟一的功能就是继续保留在全校固定资产总数那里的一点份额。如果改革这样的寒暑假，而是给那些只能研读三年的研究生们设定一种年假制度，那么除开春节前后几天，其它时间这些装备就不会这么无聊孤独。这无疑是一件很好的事情，可是我在这里看不到。想一想，人歇机不歇并非变态，从来都是先进国家的某种写照。 一周前，我被告知一位朋友读了我们的一篇文章，读后感叹文章包含了很多低温与高磁场下的数据，而获取这些数据一定花费了几万元，了不得！这位朋友因为起步当初，有羡慕之意。而看君可能会认为我们经费真是充足，能够负担如此开销来获取大量数据。或者说这种靠获取大规模数据的科研活动并非怎么高明，不是创新的智慧高明之路。 无论如何，我对这位朋友心存感激，感激他认同我们的做法。我也为学生和自己感到自豪与些许安慰。我们知道，在我们这个领域，那些具有创新性且能经受时光检验的实验成果，绝大多数甚至全部都是大量数据培育出来的。仔细回味，其实我们一篇文章里的数据比起那些好文章来还真的是有些羞愧汗颜，更不要说我们年轻时撰写文章，常有“三点一曲线、两图一故事、猜测不是错、取舍心中知”的事发生。 由此，我得以拟出本文主题： 创新其实具有 笨拙 的特质，是大量数据重复与失败实验后的一些教训，而绝不是那种神话故事般的空灵创造 。 我们的学术交流媒介 ( 包括期刊、会议报告、学术讨论等 ) 所呈现出来的科研创新脉络往往具有高耸的逻辑平台、美妙的规律形态，让我们惊叹创新拥有者睿智与深邃、杰出与强大。而我们自己在撰写、报告我们的结果时，也是百般捣腾，凝练其中的科学问题与思路，及至如此清晰、美妙而合乎学科逻辑地呈现出我们“要”的结果，偶尔也会获得听众读者的惊叹与赞美。 其实，我们自己知道，有些读者也知道，创新的实际足迹绝大部分是稍显散乱的脚印在原地的堆砌。虽然那个“原地”面积依据人和科研条件的“高低优劣 (if any!) ”可能有大有小，但散乱与堆砌一定是不二的特点与形态，只是我们都不说罢了。 无论是从下里巴人做起，还是站在巨人的肩膀上瞭望，我们的视野都是有限的、且局限于我们视觉上的纵深与衬度。因此，实验上的创新，至少我们所在的这个领域中的实验创新，难以从已有陈规与知识中通过简单推理与演绎预测出来。当然，“难以”不代表“没有”，一定存在总数看起来不少、但几率看起来很低的 cases 。在那里，拥有者一语中的、幸运地逮住了“兔子”。大多数人总是在大量艰苦卓绝的摸索与失败之后才能得到一些堆砌起来的规律与新意。 大凡寥寥几个数据、或者姗姗几点异常就得出新颖的宣言与发现，要么是很值得商榷、要么是很天才降临。大凡从一个最末端的实验结果就勇敢地推测最起始的起源、或者进行多步中间假设而完美地达到理论与实验 consistency 的宣言与发现，要么等同于说南京的北京西路塞车起源于北京的南京西路也塞车、要么还是很天才降临。另外，北京有南京西路么？！ Appl. Phys. Lett. 每年 3000-4000 篇文章中我们国人已经占到 900 篇，如果我们将创新再笨拙化、夯实化，压缩我们的论文数到 300 篇甚至更少，那是我们的成长与进步，也彰显我们还有更多创新空间。材料科学领域的中国论文数连续几年位居首席，如果我们将创新再笨拙化，压缩我们的论文数到位于第五位或者前后，那是我们的理智，也彰显我们还有很大的创新余地。 当然，实际的创新，不会有能与那些 IF 、 H-index 和 CNS 比肩的智慧，而显得要愚笨很多。这些笨拙堆砌在一起，总是能够得到夯实的、前人没有获得的学问，为后人景仰。这似乎在说：在到处都讲创新的世界里，只有笨拙的特质是最忠实于创新的；越是创新的东西，越需要通过笨拙的夯实劳动才能获得。

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物理人生(109)--放弃之美

热度 27 Ising 2011-1-23 17:48

放弃之美 110123 很久没动笔将这里妆点一下了，只是因为一些莫名的懒散。脑海里有很多delta 函数模样的冲动，想在这里涂鸦一下。但是，冷静而不是理智告诉我，在这个万人攒动的平面世界里，有动感、有静谧、有 nave 、也有岁月。而我似乎不该再有那些随意涂鸦的坐标，使得那些冲动再怎么傅里叶变换也没有对称结构。于是，弛豫了很久的激动只好淹没在背景的碌碌无为当中。 冬天暂时将南京覆盖上皑皑的雪白，虽然我毫不知情。在天空看东京郊外的树林，也是碎雨露白一般。我就这样懵懵懂懂地在早稻田大学开完了那个小型学术研讨会。会上十几位多铁物理研究领域的高手云集 1933 年建成的那栋二层小楼的底层小会议室，印证了一位古人所言“研讨会越小越好”的箴言。这栋小楼承载了八十年的日本高等教育与科学技术之缩影，还有三十年前我的硕士导师留日学习的几幕春秋，让我感受到三十年一瞬间也可以是一种阐释。 会上那些高手们将他们令人炫目的数据、结果与新颖思路展示得丰富多彩，让我们惊叹他们研究工作的深度、广度与超前度。会议期间，与他们交流时，我问到那些漂亮结果为何没有见诸于他们已经发表的论文中时，他们淡淡一笑，轻松回答：结果那么多，如果都要整理发表，虽水准不差，但不能更多地说明问题，为何不以舍弃而乐之？！言下之意是：优秀的科学家应更关注于那些未现的激动人心而不该纠缠于已有的“发现与创新”。这种境界似乎孕育了一种放弃之美，从而留给我在这里唾沫文字的主题。 然后，在回来的飞机上晕晕欲睡之时，回过神来的是我自己辛苦耕耘二十年，竟然也积累下所谓 SCI 拙文四百余篇。那些早年的春草文章毫无疑问浸泡在小而全的背影之中，将那些年辛苦而得来的所有可用数据荡涤殆尽。二十年后再去检视那些摇曳的工作，感觉它们未老而先衰。心里无奈的是，绝大部分文章并无精彩可言，引人注目者也属凤毛麟角。它们因此成为我不懂得放弃而无法腾挪更多精力关注更有价值问题的科研生涯之注解。反过来，自己稍微满意的还是最近十年的工作。那些短小文字携带的仅仅是万千劳动和叠重数据的点点浓墨重彩，而绝大部分结果成为了眼前这幅画卷的绢白温柔和星星疏影。这是放弃之美的绢白。 推而广之，申请科研项目也是如此。即便是基金委和科技部之类的资助机构对申请加以限项，我们能够承担的项目数也相当可观。醉心于满负荷承载全部项目者，以数理材料类为例，所能获得的项目数可达六至八项之多。如此重负，蹒跚而行，当难以在百万竞争之中取上好成果。既不能，或者负心而对付，或者勉力而求全，将无法揭开那些让人心动的面纱。当然，有些方家或许有客观缘由可诉，例如，抱怨资助当局为何不能增加项目强度到足够用度。但如果心有所欲，不懂放弃，凡人依旧会膨胀心胸，不能自已。增加您足够用度又如何？且那足够用度又是几何？这是放弃之美的底色。 更高屋建瓴者，常自豪于一生追求真知，遣人生之声色犬马于心外，求自然亘古难题于心内。那些智者自然不在这篇世俗流言所论之行列。即便如此，孜孜以求于一个梦想是我辈可叹可怜之基础，但审时度势，虽然历尽才华之枯竭、奉献身心之所能，如果还是不能获得进展，当及时检讨，尽早放弃而择新机。其实，科学之路，从来就是如此。用科学正史和八卦佳话都能够佐证，适时放弃是优异者的一种非凡素质，是孕育成功之胚的那些未尽人意的涨落。没有这些放弃的涨落，就不能让脱胎而出的新相得以“被”阐释。这是放弃之美的主色。 诚然，我不想替代社会学家去劝退那些人生戏台上敢于革新和创造的珍主们。那里是科学物体中的电子们最难以跃迁的地方，所以还是放弃为好，虽然不放弃也许也很美。不过，我自己明白，走得更远是放弃的凄美故事之续集！ 是为记之！

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物理人生(107)--诺奖走向年轻

Ising 2010-10-5 23:41

(101005) 今天傍晚， 2010 年度的诺奖物理奖出炉， Laureates 是俄罗斯物理学家安德烈 海姆 (Andre Geim) 和康斯坦丁 诺沃肖洛夫 (Konstantin Novoselov) ，他们目前任职于英国曼彻斯特大学物理与天文学系。得奖的工作是他们 2004 年有关石墨烯 (graphene) 的研究发现。据此，凝聚态物理在 2009 年高琨等以光纤和信息技术摘走桂冠之后，再一次雄霸江湖，倚天屠龙。 当包括 Web of Sciences 在内的各种机构和个人纷纷预测诺奖(hereafter诺奖特指物理学奖)之时，大概很少有人会想到这一工作能够在这么短的时间内获奖。因此，网上议论风起云涌，一片惊呼之声。这一意外至少出于如下几个原因： 1， 这一工作承袭了石墨晶体从零维巴基球，到一维纳米碳管，再到二维石墨烯的发展脉络。当零维获奖 (1996 年 ) 之后，大家都在等待日本科学家 Ijima 等以一维成果获奖。但诺奖却跳过一维直奔二维，让海姆和诺沃肖洛夫捧得先机，使人大跌眼镜。 2， 从物理价值本身看，这一工作具有重要的科学意义和原创性，开辟了一个真正意义上的二维体系。加上石墨晶体本身的奇异性质，石墨烯的发现的确开启了物理研究的一个新高度。不过，这一工作依然承袭了石墨晶体作为量子力学效应从演示、验证和走向应用的发展脉络，因此从原创性角度评估应该不属于基本意义上的首次与重大发现。但诺奖剑走偏锋，出其不意，也使人莫衷一是。 3， 石墨烯作为新鲜成果，从被发现到获奖区区六年，既没有物理原理根本意义上飞跃性的重大突破，也无堪比磁性多层膜磁电阻 (2007 年获奖 ) 那般的应用成就。诺奖一改成果愈久弥香的嗜好，口味突变，烹调了新的一抹风声鹤唳，引得无数风流竞折腰。 4， 海姆和诺沃肖洛夫两位先生少年得志，春风盎然。多少年来，诺奖桂冠总是青睐垂垂老者，鲜有属意春风少年的作派。而这一次，海姆不过五十出头，而诺沃肖洛夫更是 70 后辈，似乎展现了诺奖要锐意革新，要再次印证自古英雄出少年的真理。 从更深的层次看，今年的物理诺奖体现了评委们放眼物理学的现状，行先天下之忧而忧，力求针对物理学发展的几个鲜明特点所作出的改革、创新和努力： 1， 在量子力学走向成熟、天体物理道途漫漫、基本粒子物理深不可测的今天，物理学的发展在一定程度上好像新加坡人在摩天大厦屋顶上修游泳池，虽属标新立异，也算大好河山尽在脚下，却不能使人于心戚戚、于念铮铮。因此，最近这些年，诺奖似乎在左冲右突，寻找新的模式、追求新的范畴。 2， 物理学走向深入，但不能不承认物理学优雅而臃肿的体态已不复当年，与其他相对年轻的新兴学科漫天风花漫天月之局面相比，物理学差强人意之处历历在目。追逐物理学的年轻人正在减少，引领物理学的天地鲜见辉煌。而且，物理学的研究变得越来越昂贵、规范、有序和雾里看花。刺激物理学的新生已经成为应对社会潮流、引领社会风尚的一种挑战。如何获得社会对物理学的再度关注成为一时之急。诺奖自是责无旁贷。 3， 在量子力学风起云涌的时候，那里是一片金矿之地。而今天的物理学，突出重围变得困难，艰辛努力未必回报。诺奖也许需要创造一种气氛、一幅场景、一帧图像，让人相信这里有无数创新的机遇，只要努力，就可以少量得志、后来居上。也就是要营造俱往矣、数风流人物，还看新生的风尚。这一企图可能相比获奖成果本身更加重要、务实、有效而著千年之功。 4， 如果看得更远一些、更实在一些，物理诺奖需要以强大的应用背景来支撑。这是已经被屡屡印证的现实。今年的生理学或医学奖是如此，更别提去年 高琨 先生得奖也是如此。 有了这两列 1-2-3 -4 ，我们相信，诺奖正在将希望向年轻倾斜、向勇于创新倾斜、向新奇和新雏倾斜、也在向中国这个在现代物理学上正后来居上的国度倾斜。 是以此文来赞赏兼挪揄这个让国人惺惺作态的诺奖出炉。 注：此文中的新生、年轻等词汇不再狭义，而是指一种新的风尚！

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物理人生(106)--往日情怀

Ising 2010-9-5 22:45

题注： 往日情怀 是同名电影的一首主题曲 试听 ： http://cad-cam-cae.net/Hero/thewaywewereviolin.mp3 在这个世上，总会有一些视觉，简陋清平，下自难继，就如我眼前那些静静无声的书桌与案台，让我感到温暖与安宁。它们以没有生命的元素，陪伴我逾越那些火热亦或是不堪的岁月。很多个子夜黑色，这些视觉允许我匍匐在它们刚毅的身躯里，以逃避月光的问询与心灵的诉说。我感怀它们的不离不弃，因此在搬离科技馆入住唐楼之时，仍然固执地将它们带在身边。它们淑静无求，只有这支旋律在它们身边一遍遍流过。 在这个世上，也总会有一些听觉，如泣如诉，宛如布鲁斯的流水，在心底里潺潺；宛如乡间的田埂，弯弯地延伸，与青草为邻，与浣溪相惜。在这支旋律于耳边流淌之时，心中的委屈与无助被渐渐洗却，泛起晶莹涌透、无华宁静。我愿意追随这旋律到天涯去抚平大地丘陵、到海角去荡涤清花月潮。 在这个世上，还总会有一些感受，辗转萦绕，挥去复来，宛如耳边这支旋律，用平凡而波澜不惊的符号涂抹我心灵的故事，让我的神经和情感一阵阵痉挛，禁不住数度模糊荧屏、揉洗衣襟。那些簌簌而下的提弦振动就像一双温柔纤手按摩我的低沉和没落，让情绪的皱褶稍许平复和舒展，在一簇痛楚丝丝之后。 这支旋律我很早就聆听过，但是第一次听到提琴 + 钢琴版本是在王鸿飞的科网博客首页 ( 现在网上还真不易找到 ) 。今天看到鸿飞的博文 现在可以说了 ，似乎有种随随袭来的情绪，就如前几天唐楼外的夏夜秋雨，在夜幕中看不清点点滴滴，但循入黑暗马上就能感受到雨带凉风，如泪渲染，惺惺作态。虽然很早就听闻鸿飞兄将要离开化学所，但他借用 Leslie Groves 将军的话语来衬托他离去的路途也还别致动人。再次播放这支旋律，不一样的感受挟持着一样的情怀，就如在沥沥秋雨中漫步，雨水像泪飞一样漱落无序，低头看地面溅起的雨花成雾。 我明白，任由思绪与感受随这支旋律去飘逸不是轻松的享受。当过往由快乐与伤怀交织成网，这番如泣如诉总是让伤怀慢慢珠结、聚合、走向渗流，就像低低的天幕无声地向我压抑，丝毫没有电闪雷鸣伴作缨鼓。那些还算快乐的网络节点因为伤怀逾渗而不得不孤居寡越、郁郁独欢。这旋律来时没有脚步声碎，却如一股芊芊压力犹远而近，收紧心房。这旋律走的时候没有表情相映，却如一行飞雁离去犹归，摄人心智，折人情商。 我亦相信，每每面对内心彷徨与感动、面对外来误解与非难时，随这支旋律去逃逸是一杯良药佳方。身在金陵鼓楼之侧，蒙受南京大学之荫。那些浅薄之辈是非之人，却如河流欢快，因为承载肮脏而色彩斑斓。那些无知之言无耻之行，却如浊浪翻滚，由于承载丑陋而恣意倥侗。我让沉思如毛尖清芳，随旋律在杯中静如帷幔，自许淡香冉书窗。 这支旋律，寄托了往日情怀无尽之无奈和无助。拂风萦耳，将往日印象瓣瓣剥落，撒在 4 分 47 秒的路上，像是为我追忆 47 年来从幼小走向成熟、从软弱走向孤傲、从粗陋走向厚实的脚步，注定我也能够诠释这心灵的乐章。 往日情怀 (The way we were) 维基百科见： http://en.wikipedia.org/wiki/The_Way_We_Were

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物理人生(105)--失措之花

Ising 2010-9-4 13:26

我们这些老实巴交之辈从小被物理着，很认同物理研究的正统哲学，向无二致。物理学总是通过分离现实世界原本就纠结在一起的许多元素 (ingredients) ，然后单挑其中一种亦或两种元素来进行总结、归纳、演绎和预测，以图谋每一种元素对应的物理现象和规律。这一过程延绵数百年，造就了人类对因果定律之一一对应原理深信不疑，并体现为一代代物理人为之生生不息、奋斗不止。牛顿力学是如此，电磁学也是如此，更不要说那大千世界一团乱麻的热学和热力学也是如此了。量子力学我不是很懂，因此不敢妄论，但基本上亦属如此。 ^_^ 就我还皮毛一点的凝聚态物理而言，无论系统关联的元素多么复杂，我们被物理的信念是：一定存在一个基态，对应一个或者数个序参量，构成一幅唯我独尊的嘴脸展示于世人。我们的研究骄傲和自豪于孜孜以求那些深藏不露的基态。幸得偶有所成，一定能够与 NSP 的编辑与审稿人们推杯问盏始相知，恨不相逢基态时 。随之而来的物理都是缘于基态的低能激发与相变：千般变幻寓一宗，涨落无声临界重，构成了凝聚态物理的网络骨架。很久以前，我曾经以 冬天 为题涂鸦了这副图画，惹来涟漪一片，宛如桃花流水、碧潭波诗。 人类追求物理研究的这种定式无可厚非，有其现实动机。一尊唯一的基态，或者更广泛地说，一串对外界调控一一响应的花果，是我们让物理效应为技术服务的基本要求。我们渴望为我们服务的对象忠心耿耿、始终如一，它们应该祛除它们自己在热力学意义上的生命蠕动，应该视我们的号令如上帝的恩典，不能有丝毫差错。它们必须听令行事、唯令是图。由此，人类通过物理的广泛研究获得了自己满意的技术成就，催生了今天科技的繁荣和人类脚下那般万家灯火与趾高气扬。 这种物理研究的哲学同样在人类自己的生活中找到知音。人生从一开始就被强调在选择面前要后此薄彼，不能朝三暮四。数千年来人类慢慢为自己制定了一些符合物理学规则的行为规范，始称文化：对待善恶要美丑扬弃、对待情感要始终如一、对待事业要专心致志、对待社会要黑白分明。如此等等，构成了社会结构稳定的形态，盎实了人类进步与竞争的不二轨迹，成就了哲学家竟然能够成为人类先知，虽然其中的子丑寅卯妙不可言，非春夏秋冬能阐释清楚，无乾坤风流能表演完全。不过，这些无穷小的故事在我们的视野里总是满足幂指数时间标度，很快就烟消云散，毫无印记可存。偶尔有个别的异数被有心的历史学者记录在案，供后人猎奇狩异，为了不同的动机一遍遍地加以演义、戏说和八卦，隐隐着破茧而出的图谋与愿望。 然而，物理人的创新能力之所以与一般人有异，就在于他们之中有些人不满足于基态的神话，而要突出重围。其中，失措之形，聊胜于此。 所谓 失措 (frustration, frustrating, frustrated) 是针对基态之形而言的。最简单的一种阐述方式是：由于一些简单的空间或时间对称性要求，或者由于交互作用数目很多，物理系统中的某个元素对应的不止一个基态。很多时候这种能量最低的基态数目很多，多得让人眩目而不知所措，从而在零温下仍然具有熵，始称失措。事实上，物理人开始变得不再刻意去单挑其中一种亦或两种元素来进行总结、归纳、演绎和预测，尽管这种刻意的努力和成果还是美的。我们已经骄傲到直接面对物理系统的全部，骤然之下，发现失措之形在现实世界里比比皆是，反而是刻意去营造那些只有一种基态的努力看起来有矫揉造作、故弄玄虚而刻意为之的嫌疑。 既然如此，这些失措之形有美丽之处么？！ 有的，而且也很眩目！ ² 首先，多个基态存在的失措系统，一般情况下基态之间具有较小的堡垒，施恩于斯很容易突破障碍，由一个基态隧穿到另一个基态，引导大量令人乍舌的效应和后果。这一图景在很多 博文 中都有所论及。 ² 其次，失措系统存在多个基态注定了热力学的 各态历经 原理会感觉到非常难堪。任何对系统的哪怕是最低能的激发都导致各态历经原理失效，使得每一历史步伐都走向不同的状态。这一特征使得通过对系统进行处理来获得我们心仪状态之路变得难以琢磨。 上述失措物理的两重性质就像物理大观园中的罂粟之花，美艳若滴，其毒无比。 而让我更诚惶诚恐的是，物理世界有如此失措之形，展现失措之美，我们的社会结构难道就不是如此么？！仅就人与人的个体而言，用相互作用的语言去定性，不是也存在多重作用么？！至少包括有父母儿女、亲戚朋友、同事领导、老师学生、同行异类，如此等等不一而足。正是这些多重的作用相互牵制，决定了一个人的价值取向与脚下轨迹远不只有一个基态，而可能存在多种选择。事实上，即便各种文化对这个社会结构加以严酷的规范，我们的视野里不一样是丰富多彩亦或是光怪陆离么？ 这也大概就是适者生存这个世道所依赖的物理基础吧，想起来却是一幅很震慑的图景。 ********************************** 发表评论人： minhe ip:165.91.229.* 听过 frustration ，但不以凝聚态物理或材料物理为专业，不懂细节。 从对称性自发破缺的观点来看，一个系统可能的基态当然可以是无穷多简并的 ( 连续对称性 ) ，但物理上实现的基态只是其中随机的一个，由此对称性大大降低 -- 自发破缺。直至高温情形，相变之后高对称性恢复。不知道 frustration 多个基态是怎么回事。 至于说 T=0K 时熵不为零也没事，热三律只说那时候熵是一个常数 . 发表评论人： DlRAC 人生的基态 ? 我们从小被教育去不断勇攀高峰，革命理想也好，权利金钱也罢。物理人说：不断提高的激发态，意味着不断减小的寿命，危险！ 终于有一天，相变发生了，死神来了，瞬间回到人生的基态，谁也逃脱不了基态的万有引力，都希望会轮回。物理人又开口了：基态是最稳定的，好好地呆着吧。

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物理人生(104)--盛夏的宁静

Ising 2010-8-20 21:37

北半球的盛夏点燃了中国，让西部泥泞水深、东边沦陷火热。火热的十座城市，如同我们实验实正在嗡嗡不停的马佛炉，不分昼夜地炼狱着圈居在那里的身躯与心灵。不知不觉，南京已经被高调地驱除出这一名单，就像南京大学正悄无声息地退出中国的十所世界一流大学 ( 筹 ) 一样。八月的热浪让植物的视觉形态变得萎靡，路边的树干一动也不动，青绿的树叶在整齐划一而且高频率 (~3Hz) 地上下扑腾，以为自己扇风消暑。这是生命不向炎热屈服的低级信息。柏油路上除了一串串移动的甲壳虫外，鲜有生气，温室中的绚丽多姿此时也耷拉着，宣示盛夏是思想与心灵枯竭的时节。早早起来，往外看去，清晨窗外碧蓝天，绿意相逢对眼馋。到了傍晚，背负丹青辞夜幕，萦流汗墨落脚前。这是南京的个体感受到的盛夏图景。 夜晚降临，虽然白天的灼热光芒消退，但更能实证恐怖的热寂。黑夜里空旷的荒芜地与参天的大树下毫无二致，一样闷热难耐，而且白天那种从烁热之路到荫荫树下的清凉泯灭无二。湖面没有一丝涟漪，当然也感受不到清碧蒸发带来的希望，只好羡煞了冬天那娆冰融化诱导的寒凛。有道是：盛夏夜平常，痴心有短长；风和隔窗外，与地煮茶香。大地滚烫蒸茶丝缕，天星悻悻饮渴甘蓝。 离开办公室，将身躯整个地扑入寂静的热海。刚刚在心中构建的规范与对称瞬间就被融化，物理因此完全乱了阵脚。在大街上行走的路人都成为周围温度场的奇点( sinks) ，整个世界似乎只有在人体表面才有温度梯度，剧烈运动的大气分子将能量传递到人性感觉的烦躁和眩晕中。可气的是，身体中的躁动似乎一点都不能激励水的蒸发，让人对物理中的热力学恨之入骨。不过，一旦踏入居住的院子，立刻就能听到水泥盒子里的人类负隅顽抗之传说。制冷技术以很低的效率与热力学第二定律相抗衡，硬生生将空间划分为冷热两个世界，证实思维的安宁与有序从来就是排斥热寂之美的，注定盛夏之日袒护宁静的可贵。 从暑假一开始，学校就将学生送回到他们父母家人身边，让我们这些学期中忙碌不堪的动物有了宁静盛夏之可能。在整个七月份马不蹄停地开会、基金、报告、总结、兼之游山玩水与诗词歌赋之后，无风无雨的八月让我们总算清闲了些下来。我们的惬意便肆无忌惮地消受这盛夏的宁静。 躲在唐楼一隅，少了许多往日人来人往的喧闹和身旁的作响铃声，也少了很多来自学生和同事的诸般事务。安静而相对懒散地坐在办公室里，拿起一本电磁学或者固体物理教程翻一翻、看一看，重温那些成为经典的物理学成就之严密、和谐，享受一段物理学史中激动人心的时代节拍。没有任何目的，就这样翻一页过去，再翻一页过去，即便是眼睛在书页之外又有何怪哉？心里已经复印了书中浸透的无形，那些经典与量子物理的故事，宛若是一幅幅连环画。重绘百年格物图，豪杰独自数江湖；掀开夜落三章幕，幕幕都浓满屋书。 躲在唐楼一隅，也可以将鼠标游弋到百度的音乐排行榜单， cache 各个时代的韵致。无论是腾格尔高亢《天堂》、歌剧魅影呢喃《 All I ask of you 》、童安格暗香《把根留住》，还是那百听不厌的心灵良药《 The way we were 》如诉如泣。很多时候，悠扬声在不大的空间回响的时候眼睛里正开始蒙蒙细雨。今天再听这些如诉如泣，也是因为QM过去一年付出韶华终得回眸一顾：清风默默许辛劳，仲夏殷殷尽饮骁。 四度 穷谋窗外事，听得报晓夜箫韶。屡败屡战，第四次始得收获。 也会躲在唐楼一隅内看看电影，譬如《唐山大地震》。那些不能穷尽的 deadlines 暂时不会来干扰随故事和时空起伏跌宕的心情。明天不会上课，没有会议，只有与历史一起悲剧、一起沉溺崩溃的心情。无须让羞愧在芸芸众生面前暴露懦弱和善感，尽管独自开闸泄泪、关闸梗感。不需要匆匆收拾应付审稿人的狭隘，不需要呆滞 Origin 作图时的一支坐标一个 axis-mark 。这样很好，盛夏时节，可以反复地播放历史，安静地看着时间在指尖、在眼睛与屏幕之间的颤动中流逝。。。。 右腿架在左腿上， 坐久了， 使得曾经受伤的左腿有些发麻。站起来之前，放弃宁静盛夏之前，还是鞭策自己：人间旧事对长空，几幕不同几幕重。未雨凭栏心记起，曾经历史又相逢。

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物理人生(103)--科学之轻

Ising 2010-8-4 09:53

科学的灵魂从诞生之日起似乎就一直未获安宁，她在人类近代历史上的丰功伟绩最后都洒落在所谓科学家的身上，部分地掩盖了科学自身的心灵。这是一种难以言状的悲剧，科学被人世间的功名利禄利用和咀嚼着。到了今天，这一状况变得更加兴盛，成为以科学品牌命名之下利益的外衣，非常温暖而鲜有让人有负重之感。 这段文字据说是一位深入研究过科学史的简陋文人写的，让人读后有些莫名其妙和悲切。不过，仔细品味，我们会觉得其间滋味如同麦克斯韦分布中高速率区域的那条 tail ，原本看起来不起眼，甚至荒谬，但是效果并不很差，占据了文学的麦克斯韦分布归一化中很重要的一块。 这位简陋文人之所以如此违背众意、如此疯狂地妄语科学，是因为科学从一开始就是在承受各种社会形态压迫与摧残之中成长。这些社会形态在不同历史阶段给予科学的善恶美丑形式和节奏可以不同，却都是在恩恩怨怨中为科学披上越来越华丽的外衣，而放飞其中利益的风筝。 科学从一开始就被宗教和贫穷所压迫，从而表现为断裂的形态，星星点点，对世人而言如过眼烟云。在科学不过还在嗷嗷待哺之日，还没有成为得以谋生的职业之时，其一个显著特征是科学不得不成为生活无忧者和痴心妄想者的乐园。与此相应的是科学没有太多功利的色彩，她还不能为社会提供切实的效益与可见的美感。因此，尽管科学被不断地压迫和异化，但是她却在很少受实质性的摧残，虽然与所有人类积累知识之过程一样，科学之名下也有很多自尊、自负和嫉妒之心作祟。 不过，正因为科学的纯洁与玲珑剔透，世人因此而倍感新奇和喜爱。人作为特种动物，意识里很喜欢那种新鲜与真实的东西，至少一开始是如此，因此宗教站在倍加赞美的殿堂上岂能容忍信众们交头接耳而少许漠视高高在上的布道呢。这是宗教摧残科学的一抹难以述说的心理。 其实，那时的科学是如此脆弱，无法承受风吹雨打，也许未能长成大树便已经成为宗教光华门庭的一些支撑。譬如，不是有很多承载科学知识的大师们因为悟不透科学的冷暖而最终向哲学投怀送抱或者皈依宗教之门么！这是那个时代科学的归属之一，本不足为怪。这种异化的承受因此而给了科学以空间和时间，从而获得成长和蒙荫。 再后来，科学的耕耘慢慢催生了利益的果实，从而具备了那种让人开始骚动的芳香，人类于是开始如痴如醉地在科学中搭建技术。有意思的是，一旦有了技术，科学旋即被技术所绑架，变成了技术的招牌开始到处招摇与游说。现在我们的后辈、儿童、亦或是我们自己都深深相信献身科学是一件于社会百姓之幸福安康所功德无量的事业，或者是我们自己都深切明了：芸芸众生相信我们日出日落的脚步是可以产生价值的！ 事实可能根本就是其背影。我侥幸在梦中多次提醒自己，我在科学的牢狱之中变得陶醉，并未过多地去推理牢狱之外是菜市口或者是前门外。可叹的是，技术绑架科学又如此成功，在创造巨大社会财富之时让科学变得名义伟大而实质渺小，似乎没有技术的救赎就没有科学的灵魂一般。从此，技术披上科学之衣，为了将科学一而再再而三地奴役，使得科学看起来有点像地球热带盛长的榕树、或者自然中那些多孔的美丽结构。科学在技术的带动下正在慢慢地失却了坚实的身躯，让科学创造的犀角慢慢蜕化。 再看科学在一个充满所谓文化的国度和社会里的窘境。赤裸裸地说，在这里科学会经常被肢解、利用、异化与显摆，科学的精神被压抑得不能透气。文化是自然科学精神最粗暴的干涉者。我们的文化则将科学的表面打磨得光亮鲜活，而不管其内在的压抑与承受的掣肘。文化更像无孔不入的空气将科学的真空精神加以氧化与改性，成为今天异化了的众多与人交关之学问。更可叹的还是科学被文化所劫持，成为不同场合文化利益的代言与装饰，从而行利益的合纵连横、言科学的子丑寅卯。这也就是科学精神在当前社会中的演出！ 殊不知，科学因为诚实、一根筋、被因果律规范，因此需要艰难跋涉才能适应中国这个 5000 年文化积淀的社会。 (图片来自网络)

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物理人生(102)--让基金“量子”铁电

Ising 2010-7-16 16:46

将量子这一名词运动起来，就有了这个题目。这是一份国家自然科学基金申请的立论。虽然在简约的思绪里，这是一个也许幼稚和浅薄的题目，但是量子铁电似乎并非一个简单的课题。这样做，凸显了一种用简单唯像的手法去斟酌一个复杂的量子话题，或者说对一个本不热激活的传统领域进行浅薄的量子手术。 ¾ ¾ 公益广告 ！ 我在博文里曾经杜撰了铁电体的故事 ( 效颦 铁电 I 、 效颦 铁电 II ) 。铁电体指有限温度下具有自发电极化、且极化可在外场下翻转的材料。物理世界中相互作用的竞争总是不朽的灵魂，铁电物理也是如此。铁电极化交互作用与热涨落竞争，一旦前者强度超越后者就诱发铁电相变，反之亦然。研究这类竞争及微观机制是铁电体物理的核心内容，虽则远未完备，就像很多物理分支里面的故事一样。统计物理框架下的朗道唯象理论和微观布里渊中心横光声子模软化冻结都与热涨落联系在一起，看起来很美。 不过，铁电体中竞争的角色并非独此一对。如果我们看看另一类类铁电体，例如 SrTiO 3 ，其极化交互作用较弱，需要热涨落被充分抑制 后 才可能导致长程序。沮丧的是，这种长程序竟然会遭遇另外一类涨落 ¾ ¾ 低温下才凸现出来的量子临界涨落 ¾ ¾ 的竞争，导致量子临界现象或称量子相变。铁电物理中量子相变即便不是后无来者，也应属前无古人。 此乃量子顺电体 (quantum paraelectrics) ， 其主要特征是：布里渊中心横光声子模直到温度 T 0K 依然无法冻结以形成长程铁电序；铁电序参量出现量子饱和，介电常数因为极化涨落变得很大，有铁电预相变征兆；晶体结构无显性铁电对称破缺。从粗浅层面看，量子顺电体中不同对称结构之间能量差别较小、简并度高，量子涨落能够调制这些简并态与铁电序竞争，导致丰富的物理。而所谓的量子临界涨落，其物理本质尚未完全明了。用最简单的语言，量子涨落是 T 0K 时与晶格振动关联的简并量子态所展示的量子临界行为或量子相变，虽然实际情况要复杂得多。 具有深刻物理意义的问题有两大方面。其一，简单铁电体低温量子涨落为凝聚态物理中量子临界行为研究提供了简单实用的平台，其最大优点也正是金属或窄带半导体的缺点：金属或半导体在费米面附近态密度很高，导致多重激发，掩盖了量子相变。其二，对正常铁电体，极化关联具有较大能量尺度，例如 ~0.1eV 量级 ，所以内禀与外界干扰须提供足够大能量才能显著调制铁电序及其与热涨落的竞争，而这真的不容易。对量子顺电体，铁电关联与量子涨落的能量尺度都应在 ~meV 甚至更低，施加超过这一能量的内禀与外场对我们可以说是易于反掌、手到擒来。因此，调控量子顺电体中铁电长程关联与量子涨落的竞争，获得丰富而显著的物理新效应、新性能，是一件快乐的事情。 当然，这种竞争调控思路决非新颖，正如我的思路从来就很少新颖别致一般，前人已经兢兢业业过了。从基础研究角度看，量子相变本身就是凝聚态物理的热点领域，只不过量子顺电性从来就不是其重点研究对象，也就有了我们这些下里巴人去深入研究的必要性。即便如此，已有工作也揭示出铁电序与量子涨落共存竞争的诸多新颖现象，反映在相变动力学、电学、磁学、光学等性质的变化及相互耦合调控 。一方面，抑制量子涨落可以凸现各类铁电序 ；另一方面，应该可以发展更多手段来提升量子涨落，抑制铁电序 。我们似乎找到一个左右逢源之路，可以沾沾自喜而乐不思楚了。这种共存、竞争及调控是导致与量子临界性有关的丰富物理之根源。这是基础研究驱动力。 如果我们一定要有一点应用前景来铺垫的话，量子顺电性并非毫无作为。量子顺电体一般具有高介电常数和低损耗，对电场和温度可调性高，甚至可能有极高压电性 、 光控介电存储、非线性光学翻转 、 热电性等性质 ，所谓山外无形俱有形大概就是这个意思 。虽然以我们有限的能力尚不能梦萦格物之神韵，但围绕量子临界性与铁电序竞争这一核心，谁知道是否就没有更多潜在应用价值呢？！这是应用研究驱动力。 有了上述几方面背景和驱动力，我们有理由来回顾量子顺电研究的历史脉络和发展趋势，从中归纳出关键科学问题，虽然这种归纳不免挂一漏万。 对量子顺电性的关注始于 1960 年代在 SrTiO 3 中观测到介电常数于低温形成高介电平台，与长波横光声子模软化紧密联系。量子涨落使邻近相变处大的铁电涨落得以稳定，无法最终冻结成长程序 。从 1970 年代开始界定为量子顺电研究的第一阶段 ，虽然尚存争论 。新的研究热潮始于 1990 年代，电子顺磁共振揭示量子顺电区域存在类似于液氦超流相变，可能源于最低横声子与软横光声子模耦合，首次在量子顺电体中定义相干量子态和临界性 。国内对量子顺电性的研究有一定代表性 。对这些工作进行分类综合、凝练提高，可以归纳出可能的研究思路和关键问题。 首先， 戚戚之路，胜于有声！外部或内禀参量能够影响铁电序及量子临界行为。探索新的量子顺电材料是当前量子顺电性调控的核心内容 ， 其物理依据如下： 既然可通过多种手段诱发铁电序，掩盖量子涨落，那么 掺杂、应力、电场等都可引入铁电态 。从竞争角度看，量子临界区内铁电性的标度行为不同于传统朗道标度 ，相变动力学也有悖于传统铁电体 。量子临界涨落看起来也能够被调控，例如通过改变自旋 - 轨道耦合调控量子临界行为 。不过，这类调控研究还处于初始阶段，对其背后物理尚无明确认识 。 其次，嗷嗷之哺，胜于远山！在调控量子临界行为的基础上，研究各种物理性能在量子临界区域的变幻。这一立论的最佳说明清晰地示于下图，其物理依据如下：量子临界涨落对电子结构有重要影响。加入量子涨落完全抑制铁电相 。在量子临界区域内存在独特极化构型，存在局域结构关联，存在异常霍尔效应。这些工作预示出量子顺电体电子结构对量子涨落敏感，调控量子涨落可成为调控电子结构的有效手段。 (S.E.Rowley et al , ) 再次，孕孕之苦，胜于极乐！量子涨落对低维材料结构的影响将更为昭彰，值得暮色葱茏。其物理依据如下：空间维度下降意味着关联度降低，空间波函数弥散，量子涨落效应会表现得更加明显。例如，量子涨落抑制纳米点铁电 矩 态的转变，破坏其极化涡旋结构，促使低温下极矩化率出现饱和，预示可能存在先兆铁性环矩 。薄膜制备技术的发展使高质量外延异质超薄膜成为可能，给了使用衬底对称性和晶格常数调控量子顺电体声子冻结的可能性 。 上述三个方面的物理依据使我们可以提出两个重要命题： (1) 量子临界涨落的概念应该可以推广和外延。针对铁电序冻结 ( 形成 ) ，抑制这种冻结的量子过程应该可视为量子涨落的组成部分。例如，引入少量巡游电子将可能调制晶格畸变与局域晶格对称性，却不会明显破坏铁电长程序，是否等价于提升量子临界涨落应属新问。其次，引入少量磁性杂质也不会明显破坏铁电长程序，却带入自旋涨落与关联，调制局域晶格对称性，是否等价于量子涨落应有山水。再次，引入既无巡游电子也无自旋的结构缺陷 ( 如拓扑缺陷 ) ，也可能引入某种量子涨落 ，应属佳肴 。 (2) 拓展新的量子顺电体。针对那些随量子而动的新型铁电体 ，由于其 极化关联交互作用也在 meV 量级甚至更低，量子涨落与之竞争在伯仲之间，通过调控量子临界涨落或者极化关联，可能获得量子铁电性甚至量子顺电性。这里的新意是铁电序来源于自旋 - 轨道耦合，适度引入自旋涨落将促使铁电序走向量子顺电性，从而可能获得含自旋序的量子顺电性和磁电耦合。 呜呼，两个命题，两重风影；既有之乐，已满春风！ 参考文献： 1. K. A. Mller, and H. Burkard, Phys. Rev. B. 19, 3593 (1979); J. G. Bednorz, and K. A. Mller, Phys. Rev. Lett. 52, 2289 (1984). 2. O. Svitelskiy, A. V. Suslov, J. B. Betts, A. Migliori, G. Yong, and L. A. Boatner, Phys. Rev. B. 78, 064113 (2008). 3. V. V. Lemanov, A. V. Sotnikov, E. P. Smirnova, M. Weihnacht, and R. Kunze, Solid State Communications. 110, 611 (1999). 4. G. Geneste, J. Kiat, and C. Malibert, Phys. Rev. B. 77, 052106 (2008). 5. S. E. Rowley, L. J. Spalek, R. P. Smith, M. P. M. Dean, G. G. Lonzarich, J. F. Scott, and S. S. Saxena, arXiv. 0903.1445 (2009). 6. M. Itoh, R. Wang, Y. Inaguma, T. Yamaguchi, Y-J. Shan, and T. Nakamura, Phys. Rev. Lett. 82, 3540 (1999). 7. T. Wei, Y. J. Guo, P. W. Wang, D. P. Yu, K. F. Wang, C. L. Lu, and J. M. Liu, Appl. Phys. Lett. 92 , 172912 (2008). 8. D. E. Grupp, and A. M. Goldman, Science 276, 392 (1997). 9. M. Takesada, T. Yagi, M. Itoh, and S. Koshihara , J. Phys. Soc. Jpn. 72, 37 (2003). 10. T. Hasegawa, S. Mouri, Y. Yamada, and K. Tanaka, J. Phys. Soc. Jpn. 72, 41 (2003). 11. F. D. Flaviis, N. G. Alexopoulos, and M. Staffsudd, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 45, 963 (1997). 12. J. H. Barrett, Phys. Rev. 86, 118 (1952). 13. W. Kleemann, and H. Schremmer, Phys. Rev. B. 40, 7428 (1989). 14. R. Ranjan, D. Pandey, and N. P. Lalla, Phys. Rev. Lett. 84, 3726 (2000). 15. K. A. Mller, W. Berlinger, and W. Tosatti, E.: Z. Phys. B. 84, 277 (1991). 16. J. F. Scott, H. Ledbetter, Z. Phys. B 104, 635 (1997). 17. A. B. Shi, W. Z. Shen, and H. Wu, Appl. Phys. Lett. 91, 112910 (2007). 18. T. Wei, C. Zhu, K. F. Wang, H. L. Cai, J. S. Zhu, and J. M. Liu, J. Appl. Phys. 103 , 124104 (2008); T. Wei, Y. Y. Guo, Y. J. Guo, S. J. Luo, K. F. Wang, J. M. Liu, P. W. Wang, and D. P. Yu, J. Phys.: Conden. Matt. 21, 375901 (2009). 19. J. Sigman, D. P. Norton, H. M. Christen, P. H. Fleming, and L. A. Boatner, Phys. Rev. Lett. 88, 097601 (2002). 20. W. Kleemann , J. Dec, and B. Westwanski, Phys. Rev. B. 58, 8985 (1998). 21. Y. Yamasaki, Y. Kohara, and Y. Tokura, Phys. Rev. B. 80, 140412(R) (2009). 22. C. J. Fennie, and K. M. Rabe, Phys. Rev. Lett. 97, 267602 (2006). 23. G. A. Samara, J. Phys.: Condens. Matter. 15, R367 (2003). 24. N. Sai, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B. 62 13942 (2000). 25. S. Nozawa, T. Iwazumi, and H. Osawa, Phys. Rev. B. 72, 121101(R) (2005). 26. W. Zhong, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. Lett. 74, 2587 (1995). 27. A. R. Akbarzadeh, L. Bellaiche, K. Leung, J. Iniguez, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B. 70, 054103 (2004). 28. S. K. Mishra, and D. Pandey, Appl. Phys. Lett. 95, 232910 (2009). 29. Y. Kozuka, T. Susaki, and H.Y. Hwang, Phys. Rev. Lett. 101, 096601 (2008) 30. K. S. Takahashi, M. Onoda, M. Kawasaki, N. Nagaosa, and Y. Tokura, Phys. Rev. Lett. 103, 057204 (2009). 31. S. Prosandeev, A. R. Akbarzadeh, and L. Bellaiche, Phys. Rev. Lett. 102, 257601 (2009). 32. T. Schimizu, Solid State Commun. 102 523 (1997). 33. O. Antons, J. B. Neaton, K. M. Rabe, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 71 024102 (2005). 34. J. H. Haeni et al , Nature, 430, 758 (2004). 35. N. A. Pertsev, A. K. Tagantsev, and N. Setter, Phys. Rev. B. 61, R825 (2000). 36. X. Chen, S. Dong, K. F. Wang, J. M. Liu, and E. Dagotto, Phys. Rev. B 79 , 024410 (2009). 37. K. F. Wang, J. M. Liu, and Z. F. Ren, Advances in Physics 58, 321-441 (2009).

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物理人生(101)--让我们进展吧

热度 1 Ising 2010-6-30 11:13

我本古人常说的山野村夫，行事说话一向善于无拘无束，虽然绝非能做到出世得道。遗憾的是，世事漫漫，今古皆然。我曾经很不知天高地厚地对学生、特别是对准备加入到我的小组的初生牛犊们说：我们小组的研究谈不上国际先进水平，但是我们要做有一定特色的研究，我们的工作要到国际上去经受大浪淘沙和竞争！此话言下之意是我们不发表中文的研究论文，足见我本是狂妄陋知之徒。 可谁知，对于走向黄昏的我，世事无常意有常，何能出世远辰纲？我竟然就如华中科技大学根叔所说的那样在 2009 年被赋予了一项额外的责任：常务主持中国物理学会主办的学术刊物《物理学进展》 (Progress in Physics, PIP) 。这对我不能不说是一种讽刺！由此，我需要分出一部分精力来 convince 国内外知名物理学家，使他们相信在《物理学进展》上发表他们的大家观点和呈现他们对物理学各个分支的高屋建瓴是如何地重要和必要。我也要分出一部分精力来stimulate国内所有年青学子和青年才俊们，请他们给予《物理学进展》生存和鲜活的动力。在目前看起来，这对我似乎是一项难以完成的工作，更似乎注定了我这个角色郁郁寡欢之短暂命运。 情急之下，虽非得以，我也不得不在此隆重向各位发布：《 物理学进展 》 ( Progress in Physics ) 独立网站 ( http://pip.nju.edu.cn/ ) 开始投入试运行。热忱欢迎各位点击、浏览、下载！ 《物理学进展》从 1981 年创刊，风雨沥沥，至今已三十载。在学术刊物电子化风行的昨天和今天，这个刊物却一直未能建立其自己的独立网站。经南京大学和刊物编辑部的不懈努力，我们终于可以拥有独立的电子服务器和网站了。虽然这是迟来的脚步，而且网站目前还异常艰涩，却终于能够向前迈进。我代表主编 冯端 先生和编委会全体成员，欢迎各位读者给出您宝贵的批评与建议。 在未来相当长一段时间，我们会为所有国内外读者提供免费下载文章 pdf 版本的服务 。 《物理学进展》是中国物理学会举办的专刊长篇综述性论文的刊物，三十年来以季刊出版。在我国出版发行的众多学术刊物中，《物理学进展》仍然是唯一一份专门发表物理学综述性文章的刊物。刊物之所以在电子化大趋势中显得明显落后，一个客观原因是刊物本身的属性所决定，同时也是我国物理学研究在过去三十年发展之路的一个缩影，其中的辗转反侧宛如轻歌清风，唏嘘也好，感慨也罢，不一而足。 在上世纪后二十年，也因为生逢时代，《物理学进展》曾经成为我国几代物理学子和年轻教师案头常备之卷，成为他们仰视物理、藐视物理、荣也进展、艰也进展的一抹印记。很多前辈和同代翘楚都动情地向我回顾当年他们风华激越之时对刊物的那份情感。那个二十年，刊物所刊登的一系列反映物理学热点发展浪潮的经典综述成为很多人入门物理研究、醉心物理甘甜的一段路与一方台。 后来，随着我国物理学研究的进步，国内研究工作的水准与国际前沿水准之差别渐渐由绝缘体变成了半导体。国际知名的 Reviews of Modern Physics, Physics Reports, Advances in Physics 等英文物理学综述刊物完成了与《物理学进展》的角色转换，成为我国研究人员入门物理前沿领域的 major 载流子。这一转换注定了《物理学进展》开始进入艰难的处境，因为： (1) 我国的评价体系注定中文文章的价值大幅缩水，对学术上功名利禄的输运过程贡献的载流子很少。 (2) 《物理学进展》在能级激发与输运关联方面显得乏力，未能实现有效而迅速地跃迁，从而慢慢进入寂静的基态。 (3) 撰写一篇经典的综述性文章是一件事百倍而功百一的善事，作者的奉献与投入是必须的元素。在这个忙忙碌碌的时代，大家日理千机、眉间始终火三丈，而《物理学进展》的影响力显然已不足以吸引心得者为五斗米折腰！ 不过，山水之间格物自在，山水之外云雨交替。经历了三十年，特别是过去十年来，我国物理学研究有了长足发展，我个人认为我国很多物理学者已经站在国际物理学研究的前沿，在各自研究领域取得了丰硕成果。能隙开始消失，成为良好或者优秀导体超导体的趋势已经清晰可见。因此，本着及时提炼归纳各自研究前沿领域的发展状况和总结各自研究成就的理念，在《物理学进展》上撰写一篇综述文章，一来可以向国内外物理学读者介绍所在研究领域的最新进展，二来可以将作者本人一系列前沿研究成果系统地介绍给读者，三来也可以扩大在本领域国内年轻学者和学生中的学术影响。这大概就是我国物理学研究与教学人员仍然能够对《物理学进展》保持一份信心和期待的理由。 这也是我硬着头皮接下来这份被工作的动机。 我们面对的困难是显而易见的： (1) 这份刊物应该保持中文作为基本，虽然我主张中英文混刊。这就注定我们走向坠入舞者法眼的 SCI 之路将会很漫长和很曲折。 (2) 这份刊物需要革新的思路和措施，而我本是一个保守的舞场看门人，非运筹帷幄之辈。 (3) 一份综述性刊物需要编辑具有很高学术水平和学术鉴赏力，而我当然非此中人，却幸好有一批此间方家坐定四方。 (4) 强有力的财政支持和编辑队伍。 所有这些问题都摆在我们面前，而我能够做的第一件事就是筹划建立了这样一个独立网站，并且力主将所有过刊全部免费供读者下载。诚然，更主要和更核心的是如何提升刊物的影响力和吸引力，这大概就非我能力之所及了，也就成为我自我感觉郁闷和自嘲的去所。

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我的物理人生

热度 6 zuozw 2010-5-8 16:22

【注】谨以此文献给即将进入科研、已进入科研并遇到挫折或迷茫中的人。 我 转过专业、退过学 ，希望经历对你们有所启发。 初高中 ：小时候数学比较好，到初中时刚接触物理发现很有意思。一方面物理和实际联系紧密，很多问题都是来源于生活。另一方面，解决物理问题最后归结于数学。记得初中时还参加过竞赛，只是水平太差没获奖。高中时物理成绩一直还可以，等到高考时不分文理科，统一实行大综合考试(物理、化学、生物、历史、 政治和地理)。由于我文科方面一直很差，所以高考时语文、英语、历史、 政治和地理等科目考得不好，填报志愿时希望能上一本院校学校最后几名的，二本都没怎么用心填写。结果成绩重点线，一本没上，录取二本。本想复读但爸妈说岁月不饶人，一年的时光很宝贵。 大学 ：不情愿中来到大学，没到学校几天也就认了。既来之，则安之。这时我的专业是无机非金属材料，其实材料专业一直都是很有前途的专业。问题是我不太喜欢材料制备等、很多都是通过化学反应来实现的，并且材料制备出来了一般只测定性能不从物理原理角度研究机理。而当时学校又没有物理专业，最后决定转个和材料相关同时与物理联系很大的专业：电子信息材料。半年后转专业成功。由于刚设的专业，课程不是很合理。上完大学物理课程后直接学习固体物理和电介质物理等，当然也学习关于材料方面的课程。大学四年学习的关于物理的专业有：大学物理、固体物理、压电物理、电介质物理和纳米材料等，至于四大力学、电动力学和量子力学等等都没学习，还好自己感兴趣，自学一些。大三下学期决定考研，想报中科院，因为要考量子力学。一暑假把量子看了五六遍还是没弄怎么明白，每次都是看到算符矩阵表示那。大四上学期决定考研时选考固体物理课，虽然上课没怎么过听课，好歹一学期下来进耳朵有些。考研成绩出来固体考得还可以，总分进去复试。只是水平有限，专业和实验基础都没怎么有，复试被刷。能力有限，咱不悔。只是没去处，调剂几个相对好的院校都没消息，差的学校又不愿意去，索性找工作吧。就在准备好找工作打好简历的前一天晚上，一211院校的教授打电话了解我的情况，聊了半个小时决定：去复试然后给我公费。根据调剂的光学专业，学校的实力和专业都还不错，第二天踏上火车，最后OK。 研究生 ：就像高考时对大学带有美好的憧憬一样，进入了研究生生活。在入学后一步又一步的了解和学习中，发现这里也是偏重做实验，注重发高影响因子的论文，哪个领域和课题能发高的就往哪个地方钻研。一学期下来，课题大致方向为纳米材料作为造影剂通过高分子链接然后与抗体结合靶向疾病区域，连接成功后进行功能成像。高分子接触些，抗体以前都没听说过，疾病(肿瘤)培养也不懂。拿着生物化学书大致看了几遍，知道流程。但具体实施起来，细胞、抗体等等的培养根本不是我一个人能应付过来的。加上和导师的观念不同，还有其他方面的原因，发觉这根本不是我感兴趣和能胜任的科研。在多方面的权衡下，毅然结束了一年的研究生生活。 在几乎所有亲人反对的情况下，我退学了。在签字的那一刻，虽然我以前知道父母的责任 ，但那一刻不知为什么我突然感觉欠父母太多太多，当然也欠其他亲人朋友好多好多。 在此母亲节之际，向爸妈说声对不起，让你们受苦啦，儿子不孝没能照顾好你们！同时感谢默默支持帮助我的亲人朋友同学，谢谢你们！ 再次考研 ：虽然退学了，但没有放弃自己想学物理的动力。之后再次选择考研之路，不能放弃。或许年轻气盛，再次选择了中科院。整个复习过程中，也没什么好担心的，只是担心英语考不好。准备复习中，几乎三分之二的时间用在英语上。顺利进入复试，只是基础还不够好和其他方面的原因，没能如愿。失败后很是沮丧，想想自己经历这么多，学习还算刻苦吧总该有所成果吧。没办法，改变能改变了，适应不能改变的。在将近半个月的迷途中决定不能放弃，接受调剂去一个普通高校。我想虽然学校不怎么好，但只要自己努力总会有所收获的。 再次研究生 ： 08 年 9 月再次成为一名研究生。很庆幸这里提供一个宽松活泼的研究环境，在导师的指导下慢慢成长。到现在，马马虎虎 发了两篇 SCI 论文。 不知道未来会怎样，但知道自己会一直坚持 ！ PS ： 本想大篇幅介绍自己经历但由于近来比较忙和不善于言辞，文字少不能表达全部意思，部分可能会引起误解，望见谅 。

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物理人生(100)--多少时光可重来

Ising 2010-2-6 23:15

友人徐坚 ( 金 ) 给我留言，嘱咐我虎年到来之前写点文字，以酬友人。我赶在搭车回家乡探望父亲母亲之前，草草写就这篇博文。 Ising 在这里、在金陵鼓楼、在珠江漓水、在梁子湖畔、在大别山麓、在果城里外、在父母膝下，祝愿天下所有人快乐健康，祝愿科学网构筑更具特色之理念、扩张更为领先之形态，也祝愿科学网博客区更理性、民主、包容、儒雅，给所有写者与读者拜年！ 我们每一个人，无论拨浪亦或是潜水科学网者，都感怀科学网实名博客区。她赋予华人科学社区一方舞台，让我们这些默默无闻却内心丰腴的平凡人能够嵌入和而不同而贤儒、上善若 水而 君子、引意学问而风尚、入世是非而乐悲。我们在这里荡涤思绪，纺织心灵，抚摸苦痛，端倪欢欣。这里的时光，让阴霾朝露，让高远垂帘，让狭隘变轨，让大度成畴。 对我而言，过去三年的确如此。爬在书桌上委琐地雕琢每一篇时，都要将那段时光中全部的事件和豪放婉约浓缩起来，凝练出一段意象、一抹闪烁、一点希望，然后车、切、削、磨、抛。最是闲居精彩时，窗前岁月涨春池；何如默默红尘数，惴惴难平过往知。大概就是如此，似乎反衬我们的生活。 科网博客以实名制而示天下，引独特风尚，承中庸灵魂。实名之路是一沓有原始数据的记录本，只可以编排，不可以修改。因为实名，我们每一位博主珍惜自身的才华、声誉、品德、人格，每一位在这里的骚客贤人均锐意取舍、惜字如金、于心激越、于言戚戚。因为实名，每一位远方近邻能够出善言而衷肠、纳新思而谏行、汇真知而共利、传科博而四方。因为实名，我们经受检验，经受得失。 因为实名，每一位博主和实名博友 ( 如 ghwu 者 ) 都对提升我们的人文环境作出贡献，都为扬弃我们的糟粕陋习作出努力，都以情而晓世，都以理而服人。这是一种功德，为学界宕实一方时尚与民主的土壤。因为实名，每一位匿名者会感受到人格力量之外的一种感受、一腔胸怀、一沓诚实、一滩热忱。 因为实名，鸿飞之侠名远播万里，杨玲之才情款款东来，世春之桀骜篇篇如注，宝俊之水木字字惊人，都是才贤，都是智者。因为实名，武夷山以风歌描佳境，徐坚 ( 金 ) 以睿智点菁华，曹广福以常言坊佳酿， 陈安 君以应急理是非，都是饱学，都是益友。因为实名，李小文针砭时弊萧萧高远，王德华教导后生师德香醇，饶毅锐意新政立言铮铮，周可真敲打旧习以破促立，都是良言，都是楷模。且莫论志东的伊辛论道风雷激，竟是无声和有声。，且莫叹孟津的高出秀木韵天山，一路孤鸥应早还。 也因为实名，即便科网正在腥风血雨之时，我们依然能够在高山流水之处聆听到马昌凤以意洒天下阕阕如幕、关燕清以娟拂仙境字字如魂、绥阳帝以禅化春风篇篇醇美、陈湘明以空揽红尘片片弥香。更有钟炳前辈润地闲庭千万语、 郑融 老师逐浪微澜试比高，且不表 李泳 、柏舟、军英等学长涓涓细流，长久不息。这些都是珠玑，都是慰籍。 不过，在科网上漫步的时光也不无遗憾，时时处处流淌值得商榷检视的点点滴滴。如果可以时间反演，那么人生一定是时间反演破缺的，更何况博客时光？！物理上，保持时间反演对称，意味着自旋的脚步守恒而过程没有耗散 (dissipationless) ，就像拓扑绝缘体，是稀有之物。人生可以反演，意味着我们的脚步只是原地踏步，无法迈进。让我们反演，就会昭示可以重来的时光不完整；越是反演，不应该重来的时光就越漫长，因为在心灵深处那些坐标中测量得的耗散会变得越严重，使我们充满遗憾而疾首。 回头去梳理过往杂乱的脚步，用脑海的理智与真诚去拍摄，留给我们的有很多是非争执中的脚印，曾以为是深刻的跋涉，当时感觉有力，却不过是因为有淤泥而留存；很多是狭隘意气中的涂画，曾以为是现代的笔法，当时感觉痛快，却不过是自以为是的泼墨；很多是苛刻他人中的怄使，曾以为是道德的胜利，当时不可一世，静心下来自己不过如此，甚至有时言行比他人愈低下、愈鲁莽、愈耗散；更多是在浮躁与浅薄中游曳，曾以为获得了利好、舒展了胸意，却不过是一撇污浊菲薄了阳春白雪、妄恶了下里巴人。 聊以自慰的是，我们可以以人生作为籍口，来掩盖自己忙乱错失与口无遮拦留下的印迹，更会以他人的人生作为栅栏，来遮挡自己萎靡与虚伪的脚步。 不妨驻足回头望，多少时光可重来？毋庸置疑，科网博客区为每位博主预留足够自由的园地。博主只要不脚踏公共交通三红线，那就尽管自个儿在园地里起舞弄文影，冷暖自感知。每位博主也许应该留意的是，与其他博客区不同，科网每位实名博客是准粒子，不能也不该是牛顿粒子。我们相互关联，耦合在一起。那些我们唇枪舌剑的论题像一道道波函数，或局域、或扩展，都能在博客内外触动关联、激发响应。各类个性与社会的交互作用使得局域态以孤芳自赏、清香自溢，也使得扩展态以群言共振、外延广播。博客的关联是我们生命力的保证，使得我们可以将心声与智慧化为一波波新的元激发，在不同层次和空间就世事百态展示我们的激发谱。 果真如此，这应该是科网、也是学界的幸运与福分，可以并应该成为珍贵礼物奉送给虎年的学界！ (图片来自网络)

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物理人生(99)--挣扎之路

Ising 2010-1-30 16:33

作为中老年人，我们喜欢说很多年前。很多年前，在我自以为自己价值很高的年纪，我在新加坡做短暂访问研究。他们安排我住在一套挺奢侈的 guest house( 大约有 160 平米 ) 里面，与一位美 国退休 教授为邻。这位老者淡淡地对我说：科学研究之路很奢侈，追求创新之路更是极尽奢侈。美国为了维持创新，对于科学研究一直施行双重甚至是多重资助的模式，即同一个项目决不只支持一家，而是支持多家以鼓励竞争与创新。创新是那样地昂贵，以至于从事昂贵创新的人从里到外都变得昂贵起来，就像我们两个人住这么大和这么奢侈的一套公寓一般，成为一种正常的特征。 例如，对于取得了昂贵创新的人来说，出差是昂贵的，乘专车而非取公共交通，住奢侈酒店而非歇便宜旅馆。办公是昂贵的，文房依豪华陈设而非取简洁桌椅，联系煲长途电话而非用电子邮箱，讨论赖光电设备而非近笔墨纸砚。与同行交流是昂贵的，有朋自远方来，毕竟相对而坐清茶一杯似有失礼节风度，而摆下饭局侃侃而谈感觉显得更有成效，虽然绝大多数情况下可能还是在对酒当歌人生几何、社会杂陈使胃口敦开。开会更是昂贵的，当邀请报告成为一种荣誉和象征，不仅仅是飞天自上一万尺，朝发夜返自玲珑。。。。。 虽然这位退休教授并非具有极高学术声誉的那种，但是他这番话一直存留在我心底，让我知道我们在从事昂贵的烧钱事业，让我明白科研花钱应该追根溯源，取之桑榆，也应回报桑榆。即便有取而无回，也应该从心底深处不停地抽取一丝意识，警示自己能少取处就少取，哪怕是对自己内心的一丝安慰！ 遗憾的是，我从自己做研究到现在与学生同事一起合作做研究，时间跨度二十余年。这段时间，我从事的研究工作花费越来越贵。二十年前，我一年花费大约 1000 元，已经让导师颇有微辞。今天，我的小组一年花费 40 万元，上升了 400 余倍。扣除物价上升 20 倍，我们的花销也增加了 20 余倍。一直以来，这都是一个让我惊心触目的小学算术结果！当然，我可以很委琐地说现在的研究成果 if any 比原来多了不少，君不见我们一年掷文二十余篇，篇篇都入 SCI ？！纵向比较，现在的工作创新性也许有所提高；横向比较，现在关注的科学问题也许更加热门。但我从来不敢认为自己作出了什么原始创新，正所谓可以很无聊地说创新就是要付出代价。 每每我情绪比较感性而思绪百结之时，那位美 国退休 教授的话就会涌上心头。我在贫瘠农村长大，身体一直很好，能够走长路爬高山，也学会了无聊之处驾驭自己的一些方法。对科学研究我算是愚笨之辈，虽百折不回却收获甚微，虽励精图治却驾驭无术。以我浅薄之力，大概无法预先判断哪些昂贵的实验该做、哪些烧钱的题目该接、哪些事半功倍的创意该倾力而为、哪些事倍功半的问题该起早贪黑。既然要继续科学研究下去，只好忍受这些创新的昂贵脾气，任其昂贵下去。 但是，也有一些伴随昂贵科学研究的作派、做法、心理和行为是可以节制的。对这些细枝末节之处，即便千焦万虑只能收获分文，也还是要乐此不疲，以求心里获得一些安慰；即便精打细算只能得失参半，也还是要尽力争取，以求心里少去一些挣扎。这也许培养了一个斤斤计较的人物，却也剔除了心灵少许的洗礼与鞭鞑。 我们从旧科馆搬到新唐楼时，我喜欢在下班或者子夜离开时去实验室，看照明是否开着、窗户是否敞着、空调是否冷热着、仪器是否空转着。也喜欢去学生办公室，看看空调开时窗户是否闭了、看夜里无人时电脑是否 idle 了，更要跟在学生后面与送材料的业务员砍价、向打印机换墨的工程师抱怨。时间长了，我慢慢能够忍受实验室和公共区所有的浪费和资源消弭，能够不管仪器关闭后冷却水哗哗流淌，也能够笑看一张高级打印纸打印半行字，能够答应特快专递政府部门看都不看的一般文件。 市内出差，我还是愿意站在风中邋遢着脑袋等公交。从南大去禄口机场，走路加坐地铁再转大巴花费 22 元，打出租车要 140 元，预订校车花 340 元，因此每一次去机场能节约最少 100 。从北京机场到五道口，坐出租车是 90 元，乘大巴再转地铁是 26 元，也能节约不少。到很多城市，我还是更喜欢坐大巴进城，除非被动被接送。不过，时间长了，次数多了，我也能够欣然让自己成为很创新的人，从而让出差变得很昂贵。 生活总是这样，让人变得很出息，虽然未必真的出息。科学研究也是这样，让人变得很昂贵，虽然未必真的创新。也许，很多情况下我们不能控制科学研究的实质性开支，浪费是创新的一部分，变成不可避免。但是享受那些让我们自身变得很昂贵的那些开支，还不如在南大旁边北京西路 11 路公交站台上望着公交车慢慢开来更让我们安心和让我们看到希望，且由此不再承受心灵挣扎的时光。 (图片来自网络)

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物理人生(98)--能否轻松一点？

ising 2010-1-21 22:28

每天从办公室窗口望去，是朝九时刻；灭了天花板的灯，是子夜时分。 我似乎很久没有拜访科网了，更别说经常到我喜爱的博主们那里去奚落。原因在于学期即将结束，会议差旅很多，报告表格很厚，未雨绸缪很浓，心情蓝绿很稠。几天前，蒙受校长书记恩宠，邀请我们去开务虚会。轮到我进言发声时，我忍不住将脖子染红了，嘟哝了如下一段话： 谢谢校长书记聆听我们发言。机会难得，该放纵字字珠玑、声声翘楚，为学校发展出谋划策乃我们普通百姓职责所在。不过，正如吕主任所发之高论：贤者贵在对自身之路画出坐标，生成函数，发散之外总是追求导数最大，而非一定要会聚千里，交叉于独木桥之上。呜呼哀哉，我明了接下来免不了要废话连篇、文题相左，上不达校政而问政、下不遂学问而卖弄。不过，素闻不言不以琢建议、不奏不以值俸禄。我满脑子不过是那些办公桌电脑里面要填的业绩表格、要写的项目报告、要改的学生论文、要编的学术演讲、要交的规划条目，如此等等。我不过是想从凡事起至优、从乐事出至良、从繁缛简至先、从身心舒至善。学校的发展大计轮不到我吹毛求疵、说三道四。我说完了，诸位大人可允我请假退场？！。 众人大笑，摇首缤纷；校长书记也笑：是良言也是刺头？ 我这番跋扈之弦外音非常清晰，校领导和各个部门之首领当心领神会，亦或是无可奈何。但是，我和端坐于周围而各怀心事的同道们一样，感受到压力叠重、时有苦不堪言之感慨。我们都入壮年而预演老年，年轻气盛之日也许会怨而勃发、愤而牢骚，不过到了今天，我们都理解，各级领导和各个部门行政人员也都辛苦异常。他们不遗余力为我们第一线教师的教学、科研、人才培养提供方便与支持，却也碍于政策法度之规定而不得不委曲求全、逆来顺受。他们为设计营造一方水土几度人寰，以推进我们的工作。他们的付出也非一般，应受感怀。 令我惭愧无地的是，我已经有很长时间未能去那咫尺之遥的实验室了。每天要么在办公室发育大脑、萎缩下肢，要么在各种旅途中困顿辗转、起起落落，要么在各种会议内外切磋呢喃、涂沫四溅，要么在异地他乡中醒与梦共存、夜与昼不分。我的办公室离学生栖身经学之处更近，因此我能够直接面对学生。不过，我能够想象到，如果不是因为我和学生们共用一座水壶，使得我每天因为喝水而不得不去学生办公室几次，估计我也会因疲惫而懒惰到每周末上午的组会上再见一次学生。 OK ，亲爱的先生，今天就暂且放下一回这可憎的电脑，强迫自己将紧张的神经放松，再将满脸羞愧从脸上抹去，蹒跚着去一趟实验室。看看那些我和学生亲手购置的设备仪器外表都在周期性地闪烁和跳动着，看到学生微缩在寒冷中旁若无人地工作，那种感觉真是难以用语言表述。 OK ，亲爱的先生，自从去年年末开始准备各种汇报以来，也已经很久没有阅读文献了。半年之前，已经将要阅读的期刊从六种削减到三种，再到过去一个多月的一种。即便如此，过去六周的刊物 email alerts 被我直接删除。我其实很喜欢这份刊物，它的版式、它的标题、它的板块，更别说看到同行的巧韵佳曲了！ 昨天，在去饭堂的路上跟同事抱怨自己时间不够用，同事众口一词的反应是：先生，你少写一篇博文，就能够多两个小时在实验室，或者就足够浏览那六周的 email alerts 了。 原来，这么忙耽误了工作，是因为写了这篇博文。让我收手吧，哪日授得春外春，聊寄两阕鹧鸪天 。 一路飘然慰皖卿，墨虞车马顿无声。琅铘风景藏玄暗，醉翁文澜昭锦明。 寻正道，贬时轻。千年回眸古功名。亭中梅影疏空寺，亭外溪曲叠满营。 漫水湖边常引歌。一趋一步慕长呵。波心数点红霓少，帷幔一重雾褐多。 穹夜散，淡心挪。高墙峭壁隐然酡。婆娑树影叠叠瘦，拖迤茫茫知梦么？ (图片来自网络)

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物理人生(97)--临界点

ising 2010-1-9 17:07

过去的一年多，对我的学生 帅 与 亮 来说算是比较兴奋也有点沉郁的时光。他们在多铁性物理研究中推广了一个貌似普适而新颖的概念。但是我们在向外兜售这个概念的历程中千辛万苦，让我们体会到思想的重要性，体会到实验条件的关键作用，也体会零落成泥实在是无可奈何的叹息。此事过后，我一直在琢磨我们的问题在哪里？未来应该如何改进？ 零落成泥的背景并不复杂。在统计物理中，物质的相变在临界点附近的结构与关联是永恒的主题。虽然远非严格，但粗糙而形象的图景是：此处存在两相坯胎态的共存与序参量关联。两相共存的特征尺度在临界点处可以发散，或者说在此处各种尺度的相尺寸按照一定的概率分布存在于物质中。而描述相有序度的序参量相互在空间上关联在一起，相互联动，关联特征尺度是无穷大。从动力学角度描述即所谓牵一发而动全身。那番壮丽的图景是无法用有限心灵和有限语言能够描述的。统计物理于是用标度和重整化的术语去描述。我不懂这些术语，当然不敢在此班门弄斧。 但是，我们知道，在临界点附近，物质的状态对内在或者外界的干扰与涨落极度敏感，从而导致序参量和相结构的巨大变化。我们已经潜水多年之关联电子系统所展示出来的巨大物理效应，例如铜氧化物的超导性，例如锰氧化物中的庞磁电阻、庞电电阻，例如弛豫铁电压电效应等等，都属此类。导致相变临界点的参量并不限于温度，掺杂、压力、外场及至内禀无序都可以导致临界现象，对应系统能量图景的跌宕起伏、纷繁复杂，因而奥妙无穷，让研究者在其中苦心孤诣、殚精竭虑。 非常著名的例子有： (1) Cu 基超导和 Fe 基超导 铁基高温超导实验相图 (J. Zhao et al., Nature Materials (2008)) 。随着掺杂量 x 的变化，反铁磁态与高温超导态密切相邻，边境从未安宁。 x =0.06 处出现一个典型的临界点，留下多少学人骚者的足迹。在此处，系统基态对外部内禀涨落的响应是非常捷安特的。 (2) 锰氧化物 庞磁电阻锰氧化物的掺杂相图 (S. Murakami et al, PRL 90, 197201 (2003)) 。 A 位离子半径作为无序度参量导致的临界现象。在这三国鼎立之地，非常有趣的量子双临界点 (bicritical point) 现象给了你我想入非非的空间。而这一行为是理解庞磁电阻和庞电电阻的最基本物理元素。 对类似的很多体系，我们可以很容易地进行联想与关联，从而推广这一概念，去获取很大很新颖的物理效应。我的学生 帅 和 亮 也进行类似的推广。他们的基本出发点是如下这幅有名的实验相图： 锰氧化物多铁性实验相图，基本组成为 R MnO 3 (T. Goto et al, PRL 92,257201 (2004)) 。 Mn-O-Mn 键角 f 较大区域基态是 A 型反铁磁，不会导致铁电性，因而可惜了一大片土地。键角较小的区域 ( 阴影部分 ) 对应于自旋螺旋序，具有 DM 交互作用导致的铁电性，虽然物理在其中大兴其道，但留给材料人的空间狭小而无奈。键角最小的区域基态是 E 型反铁磁，具有双交换与超交换双重作用导致的铁电性，可叹美人如画， E 型反铁磁在常态下不稳定。这里的核心物理在于两类铁电性边界处是临界点，因此可能对应于对外界或内禀涨落响应显著的捷安特铁电行为。 有了这一思路，实验进行起来并无难度。我们选择具有自旋螺旋序的 TbMnO 3 和具有 E 型反铁磁序的 HoMnO 3 作为两个基元进行融合，形成 Tb 1-x Ho x MnO 3 。在合适的融合处，应该形成两种自旋序相邻的量子临界点。实验结果是可以预期的，而 帅 所做的理论计算也能够大致阐明这一物理。实验与计算结果如下图： 左侧为我们的实验结果，显示铁电极化 P r 在临界区域附近的确比两个基元本身的极化大很多，这是非临界行为所不能理解的。右图为理论计算结果，显示出在临界区域附近两类铁电计划的巨大变化。临界点 ( x ~0.2-0.5) 处的铁电捷安特行为一目了然。我们认定我们的物理图象有合理性，因此开始自鸣得意。 虽然对手上的结果很兴奋，但是我们知道，证实这种临界行为存在的关键实验是中子散射，以便能够揭示在临界区域附近确实有两种自旋序共存。可惜，我们所做的是多晶样品，而国内尚无可用的高精度中子散射技术。踌躇很久之后，我们尝试联系美国橡树岭国家实验室的中子源，但没有成功；将样品寄给物理所王云平老师，用他发展的一套新的探测技术表征，结果也不妙。无奈之下，我们在 2009 年年初将已有的实验结果成文投寄到 APL ，目的是突出其实验创新性。 很快， APL 的审稿意见回来，直指我们的结果没有直接证据，并提出了很多批评意见。为了强化我们的观点，在接下来的一个月内，我们发展了临界区域附近的理论模型，结果与实验相映成趣、有些美妙绝伦之态。修改稿再发往 APL ，出乎意外，最终还是被退稿，毫无商量余地。 这期间，我们应邀参加了在新加坡举行的 ICMAT 2009 国际会议，并报告了相关内容和物理图象。在我得意忘形之外没有想到的是，来自日本的一位邀请报告人对我们的思路和结果提出了严厉的质疑。其最有说服力的批评是：多铁性体中的铁电产生并不需要类似于锰氧化物那样的临界点巨大响应，因此，量子临界点的存在对提高铁电没有作用。 回国后，我们将实验和理论工作进一步细化，分析更加深入，整理成文后再投寄 PRB 。一个月后返回的审稿意见面临同样的诘问，使得我们认为审稿人应该就是 APL 的审稿人。无奈之下，我们只好将文章投寄到德国 Springer 的 Applied Physics A 上。在 APA 审稿和修改过程中， 帅 意外地在 arxiv 上看到来自日本一个研究组 (大牛 Y. Tokura) 的预印本 ( http://arxiv.org/abs/0911.4190 ) ，其基本观点与我们的思路似乎是如出一辙，虽然其内容写得更加深邃和全面，物理图象更加立体化，因此也更加令人信服。 遗憾的是，我们知道这个研究组有很好的中子源条件，但是其文章也没有充分的中子散射实验证据来揭示临界点附近捷安特铁电的物理细节。 有意思的是，我们也注意到，在新加坡会议上质疑我们观点的日本学者正是这篇文章的作者之一。据我们所知，日本人这篇文章已经投寄到 PRL ，目前正在审稿过程中。而 Springer 看起来动作不慢，将我们的文章很快就 online 出来，也算我们的心血没有白费、我们的孤心没有湮灭： http://www.springerlink.com/openurl.asp?genre=articleid=doi:10.1007/s00339-009-5535-1sa_campaign=Email/ACE/OF 我很高兴我的前学生 帅 和 亮 在这个看起来还算新颖的问题上密切合作，理论与实验相互印证。虽然我们的思路与结果的确还有很多问题有待澄清，但是未必就不能零落成泥香如故。 回顾这段刚刚过去的历程，我们痛切地感受到我们的缺失在哪里。然而，我们也深切地领悟到创新的艰难。让我拿一首旧作来感叹自己、知己，来勉励学生和朋友： 望湘人 小年夜赋之临界点 叹伊人有怨，幽满旧年，怅然离别思念。以为寒风，正吹春暖。应算一生无憾。漫说痴情，莫怜香冷，清如孤雁。错把君吟作我心，负了良辰佳愿。 何妨推窗举案，看红尘聚散，月朦星淡。幸多少芳龄，往事这般璀璨。诗意画情，文长辞泛，最是精彩悠婉。翘首望、平地之遥，那渺明灯不远。 量子双临界点处无序导致电子相分离 (Tokura)

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物理人生(96)--追赶之路

ising 2009-12-30 14:40

就在今天下午两点，南京大学在经过长时间酝酿与抉择徘徊之后终于在科技馆挂牌成立三个学院级的建制：物理学院、电子科学与工程学院、现代工程与应用科学学院。这对南京大学算得上是一件惊天动地的大事，因为与中国大地分新秒异的混沌动力学轨迹比起来，这所儒雅古典学校的变化似乎怎么也逃不开那种大学本征的极限环。 也是这个岁末，算来我在南京大学蜗居的时间已整整二十年。当我由那时的丑陋青年变成今天的丑陋加驼背之老年时，南京大学校园内那种古朴沉着之风格所承受的演化也还比不上我双鬓花白变化的多。这所校园内任何一种变化都是连续可微的，任何进程的发生都遭遇过儒雅古典的噪声与涨落，从而使得我们身边一切变化都显得寂静无声、细雨渺渺。到今天，南大的百姓们还一直在微辞那差不多已经使用了十年的图书馆外立面装修。南京大学鼓楼校区在她那狭小的地盘内通过乾坤挪移而艰难立起来的现代高层楼宇被某些学者形容为垃圾般建筑，而从档案馆到北大楼的中轴一条线才是百年黄金、灿烂如常，到了被立为国家文物保护起来的地步。 南京大学的人也是如此。她麾下具有各类称号的人才很多，午饭时间您如果在那个狭小的校园里面布朗运动就可以碰撞上不少个。院士长江杰青们都拥挤在各自比美 国大学 教授办公室实验室只稍微大一点或小一点的角落里面为教学、学生、项目、文章、成果而忙碌着。南大的眼界不够高、气度也不够大，主要都是盯住国家自然科学基金、 973 和 863 。在这几类数据显得很自豪很强大的同时，南大承担大额横向课题和那些动辄几千万上亿科研项目的历史还不是那么显赫、还不敢那么信心爆爆。 过去二十年，南京大学的发展也是九曲十弯，总是在遵循大学内在发展规律和追赶国内瞬间天地的大学发展浪潮这两者之间游弋与绸缪。南大的决择与步法大多是那样静漪微澜，但却影响深远。在研究型大学的评价体系上，南大开先河而 SCI ，诱发了今天中国的 SCI 大浪潮，比钱塘江潮要壮观和动魄。而此时的南大早已不再关注 SCI 的数量。在高校合并的浪潮之中，南大虽然也许心有戚戚，却从未贸然行动，应该算得上是国内名牌高校中极少没有进行任何合并的异数。而此时的南大在国内的各种排名与影响正受到很大冲击。南大的人文精神是低调与平常心，在过去几十年中国科学研究的百彩浪涛中显得相对安静而自我安逸，呈现出一种单一的灰白颜色。而此时的南大感觉到长此下去，校园的宁静将无法再继续维持。如此等等的例子似乎不胜弥举。 再就大学发展而言，南大虽然名列综合性大学之列，但她一直是以文理科见长而缺乏工科与医科，理科的传统优势学科就是数理化天地。这种学科分布特点在国家轰轰烈烈发展之路上显得有失偏颇，无法全身心投入到国家经济建设的大潮中，尽管没有人说一定要进入这波大潮。或者说，南大进行合理科学学科布局之速度似乎跟不上我国新兴学科如雨后春笋般冒进的速度。虽然说任何一所大学都有其学科发展特点与规律，但是我国高校的发展是跨越式的，发展速度应该以对数来标度，因此不能用常道进行规划与建构。 到了今天，南大认为她筹建电子学科和工科的条件已经成熟，或者说在大势之下不得不成熟，从而有了今天下午这一时刻的到来。南大的物理一直比较强大，因此提升为物理学院是顺理成章的。南京大学发展电子科学与技术学科也有很好的基础，因为南大在电子科学技术学科下面的主要二级学科都很不错，在国内也很有影响。南大迈出工学院的建设步履是适应形势之举，具有不发而无以后发的态势。 衷心期待南大的三个新学院走出具有学科特色却又能够孕育潮流之路。中国的工学庞大无比，很多大学设置学科大而全，几乎每一个学科都能够在国内找到百以内排坐次。因此，与这些庞大进行竞争需要智慧、魄力与执着。南大算不上财大势厚之校，发展电子学科和现代工学需要的可能是聚一点而博全局、重一面而芳全体、因人而止渴、因地而耕作。南大算不上师高权重之校，发展之路需要的可能是以人文养新览、以岁月煮学问、以厚重图直上、以精神弥芳香。 以此作为 2009 年岁末的话，附旧作一首，聊慰沉思。 兰陵王 自醒 夏初旭，扬起层层碧绿。飞纤絮，蒙断旧尘，更是骄阳落芭簇。不觉又苦楚。飘忽，庭深院肃。抬头望，天本向蓝，何处飞来子时雾。 闲愁甚无助。看巷尾街前，清淡如故。十年忠事一年禄。曾背月荒日，举良锄莠，平凡卓越拒茧缚，尽与此生骛。 长路，浣溪慕。正细雨磐石，击水歌露。千帆散去空余渡。应隐却浮幻，伴登高处。沧沧之上，浪卷起，自有度。 (图片来自网络)

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物理人生(95)--岁末微澜

ising 2009-12-13 14:15

岁末初上，温不如故。每每此时，我们免不了要盘点这脚下滑去的 365 天。一年江山多少事，都是横刀马上行。骄傲的故事不多，失败的印记不少。记录那些故事和临摹那些印记是我们生活的一部分，也是心情的一隅处。 我那些辛苦的学生和我，还有那些愉快合作的同事朋友，我们一起奋斗了 2009 年。这些奋斗施加给我们许许多多的孤独、无助、失落和失败。只是，我们也有一点成绩。我们很幸运，为过往的知识打扫和擦干，为未来的疑问添砖和整理。将其中一些印象与情怀录于此，与大家一起分享、感怀是很温馨的事情。这里，我特别绘出我其中九位 ( 前 ) 学生辛苦的足迹和他们各自所追求的那盅物理 ( 链接 ) 。我知道，他们比我更加热爱物理、承受更多失败的打击和折磨。只是，在这一过程中，他们也慢慢走向成熟。 焚书万卷 锋 追寻数度有年轮，立志焚书写两春。 格物依稀才婉转，双骄掠掳主灵魂。 梦寐 条纹 帅 零离故土吟居里，洒尽心缘何所知。 梦寐条纹悄冉起，倚天极化耸云时。 交换偏置 帅 回线容貌底事多，求来数去也无索。 伶仃孤苦二十月，幸有雅谟转世说。 拓扑缺憾 骁 热统家园宁未久，拓扑化雨洒春秋。 相逢此处新来客，始现三重雕画楼。 失措台阶 辉 自旋失措自猖狂，几代豪强寸断肠。 游曳人间千万代，一重暮色战秦殇。 螺旋维度 辉 应许闲情稍有度，吟愁无措也无由。 其实细问心猿马，一际蓝天也妄求。 雅谟纠缠 文 量子闻声相位残，何容我辈笑云间。 少年不惧崎岖路，背负 雅谟 对影弹。 无序之约 亮 丛山秀色葱茏序，一叶一枝映晚渠。 雾壑从容垂暮下，泽边红杏乱千株。 平均 风尘 均 此去三国绝故旧，云游一线凡尘受。 与君相对远近隔，应是灵犀一点后。 与月共阕 钧 多铁枉负平湖月，徒染青春邀对曳。 踏遍青山未倦痴，终与子夜吟槐阕。 焦耳 矜持 波 风流自古怎堪说，摩尔华年应无多。 焦耳风声才落寞，诚邀阻变对江酌。 雅谟 ： Dzyaloshiskii-Moriya Interaction 今年的秋天格外柔弱，将自己的世界早早让给冬天，也让我的学生很早就煎熬这萧瑟凄凄的时光。无论如何，他们所有人都表现得很优异，在努力地坚持或者支撑着。我能够给他们的不多，物质上和精神上的，更多的是追在他们后面。在此，我借岁末之机，向他们表示我的歉意。昨日斜穿北园，雨落潇潇；遍地枫叶，状如龙爪；其情与泪，其感与文；上下沧桑，赋予我生。于是，聊作一阕，以慰艰辛： 沁园春 岁末 Ising 091212 萧厚寒执，倦雨漓漓，遍地壑云。 是江南瑟影，清淋匝道，北园枫叶，状若条陈。 何处青梭， 头陀 柏漾，一岁江山满目匀。 心如故，待冰天蟾复，暖夜缪魂。 桑田也念痴纯，化垄垄生灵与我温。 应春趿墨色，夏镌文赋，秋妆玉砌，冬慕诗分。 过往芳怜，如今重眷，亘古情怀孑陋身。 宣眉鉴，授紫荆初沁，榕柳端欣。 注：头陀指紫荆山头陀岭 图片来自网络

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物理人生(94)--痕

ising 2009-12-5 18:27

年复一年，这种季节到来时总伴随着匆匆脚步对逝去的叹息和对未来的期待。南京校园里枫林和银杏树林总是一夜间穿戴橘黄衣装。也许是子夜里、也许是没有丝毫风霜的空间里，枫叶和杏叶开始跳最后的舞蹈。中午去食堂路上，我看到清洁工沧桑的脸通红而毫无表情，吃力地挥动扫帚将坠落的舞者聚合在一起。我在他后面踏入枫林和杏林中间，已经看不到干枯土地上那些舞者之影，只剩余疏漏的几片享受那不再拥挤的孤独。 我倘佯在她们之间，聆听她们寂静的诉说，聆听她们用刚刚飘忽的时间告诉我她们的自豪与精彩。这最后一刻，那些被带走的舞者留给我们最后的印象 枫与杏的痕。我们看到那些橘黄衣装，想象的一定是枫林风声里、杏果落花时的景象。也就是说，在我们脑海里回味的不再是过去一年在我们眼前匆匆而过的那些返青、发芽、生长、叶茂与花开花落于无声的常规，而是加入了我们自己人生痕迹的那些意象、婉约、青春、人生。像我这种软弱无能之辈，一般都喜欢久久地站在空间守恒而时间破缺的坐标里揣摸那些痕迹。 其实，人类也一样。我们每一个个体生命的轴线都基本平行，就那么几个阶段，因此自然丧失了让好奇勃发的驱动力。那些阅历非凡之士、那些成功非常之人所行走的轨迹却是沿垂直方向、于轴线两侧有了涨落。我们所有人的记忆中其实很少有那条轴线，能够剩下来让大家回味和让你我唏嘘感叹的就是那些很大很 unusual 的涨落轨迹 那是他们长久的痕迹，那是隐藏或者埋没在人生常态之间的非凡的痕迹。虽然文人骚客一直在给我们讲人生那些平凡而亘古不变的道理，但我们津津乐道的其实都是这些长久的痕迹，内心深处渴望的一定是我们自己也多一些那样的痕迹 越频繁越好、越淡雅妩媚越佳。 收缩到自然科学研究中，非凡痕迹所占据的地位就更美妙了，很值得我们去浓彩众抹。对当前者而言，每一门科学的框架其实早已被先人搭起，一代一代的后圣新贤在揣摩框架之外那些非凡痕迹的模样之进程中成长与成就，进而在更深层次丰腴框架亦或是搭建起新的框架。特别是实验科学进程，创新和发现在很大程度上都源于对痕迹的探索、总结、归纳、演绎活动。忽略那些轴线上叠加的涨落，就意味着丢弃了科学的真谛，意味着没有了科学的味蕾。 比如说，布鲁诺和伽利略的日心说是自然在那个时代人们认知之外留下的痕迹(也许)；普朗克把玩的是那个时代黑体辐射规律之外的痕迹(可能)；微波背景辐射也算是自然在现代宇宙学之外留下的痕迹(很像)。这些伟大的发现与创造都是描绘非常痕迹于万水千山之上的精彩范例。当然，我能够感悟到的痕迹远不能比若这些范例，更不能添诗于人生的那些淡雅妩媚。但是，我狭隘的眼界之内所有研究工作都是在先人脚步留下的或者在研究者有意无心画出的痕迹中布朗运动、流连往返、添丁补子、山水物理。 我们经常在对称世界中留意那些破缺的影子，明白对称破缺才是功能，就如人生缺憾才是生命美丽一般。我们经常在分布的麦克斯韦或者高斯规范中寻找淹没于背景的流萤 (trace) ，明白分布流萤才能抽穗出相互排斥与吸引，就如人生恨了才能去真爱一般。我们经常在低阶序参量的跳跃或奇异中微分出高阶关联，明白物理关联才是相变的真谛，就如人生飞跃背后充满度日如年的艰辛一般。我们更是经常在无限的维度里丈量有限的裸露与断痕，明白尺度小了才能纳米，就如人生越是在缤纷世界里沧海一栗才越珍惜自身的个性与自由一般。这些都那么熟悉而陌生地伴随我们的每一日、每一时。 遗憾的是物理的痕迹总是越淡雅才越出色、越淡定才越珍贵。这是自然对人类生命价值的挑战。我们处在这样一个敏感的时代，自然已经将自己的脚步放得很轻很温柔，越来越变得左顾右盼、谨小慎微、掷地无声、拂逝无言。对此很多人都有深切体会：当您不幸被拘押于关联物质中，需要付诸可能是毕生的心力才能不那么拘泥于涛声依旧、才能不那么受制于萧规曹随时，您才能为那淡定描意、才能为那痕迹画眉。 当哪一天枫红和杏黄再舞之日，如果我们能够随之而起，我们在轴线之外画尽非凡痕迹之时就到了。。。。。 是以为 2009 年的温暖留痕。 图片来自于网络 后记：刚刚看到全慧兄的大作得失寸心知： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=276208 应该算是对本文的一个佐证。当然，我这里远没有 文章千古事 的本事：）

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物理人生(93)--祝福祖国！

ising 2009-10-1 00:02

祝福伟大的中华人民共和国！ 迈过子夜，迈入的正是中华人民共和国(简称中国)六十寿诞。这不仅仅是祖国的节日，也是作为她子女的我们之欢乐。这个时刻，觉得应该写点文字为其祈福、成就纪念。 人生六十花甲过，激越缤纷自在多。笑览家国千万事，是非成败几回说。 中 国六十年，犹如人生，絮多沧桑。笑数往事，惠如芬芳。我们这些在中国青少年时期诞生的儿女们，悲为国所系，欢为国所依，苦为国所恋，乐为国所期。我们懵懂初生、青春局涩、激情奋斗、立业建功，到现在自以为是从而忍不住指点江山，构成了中国跨越花甲岁月之妍丽身躯上一株细胞、一梢神经和一抹脉冲运动信号。中国六十岁，是新的起点、新的花甲。而祖国因为我们这些细胞、神经和脉冲的生命灿烂和代谢循环而豆蔻年华、青春永葆、虞美风骚。 中国六十年，确是一幅人生大观，是国人纷繁绚丽人生所合成的巨正则系综，蕴含了个体人生的特质、风骨和沧桑。最初十年，中国宛如幼童，在诞生之喜悦与激动中蜿蜒学步，在万众呵护与期待中踉跄成长、激越辉光。其后十年，犹如青少年期，叛逆性格伸张，天下芸芸俯视。暴风骤雨、血肉生命。 苦乐皆为乐，秋来痛几多；生命无可悔，失去有几阔？ 等到中青年时期，渐渐成熟，方拨乱反正，明白万世基业逃不过历史坐标与以民为本的轮回，一样是顺之者昌、逆之者衰。散落十年光阴逝，满身无处不伤系。三十而立后，方始演绎 青山漫漫殊，流水潺潺路。世事变迁多，宋唐重又度。 及至 三十如梦醒，四十方不惑；五十正歌露，花甲才收获 ，终于成就久违了四百年的民族强盛复兴之势。 中国六十年，对知识界科技界则是科学人生。自然科学研究作为造福社会的动力源泉在这六十年经历了从无到有、从小到大、从低到高、从稀疏到密集，展现的是中华五千年时空相对论式的隧穿与跃迁。中国的自然科学技术事业从披戴类似精英神话的面纱走向芸芸大众的心底，从一种低下而难以 学而优则仕 的技艺走向全民大众不懈的追求，从屈服意识形态的淫威到占据当代思潮的主宰，从一种所谓高尚而有些遥不可及的梦想走向职业化的实实在在。中国六十年，自然科学就像小弟弟一样，跟在国家身后成长，从被呵护冷暖到被摈斥欺负，从窈窕淑女到君子好逑，从突围而出到工程师治国，从第一生产力到科学发展观。科学知识与使用不但融入到百姓谈吐中、思维里、举止间、身心处，科学道理更是进入到国家政治经济生活，成为指导国家发展强大的一枚时钟、一汪甘泉、一方水土和一枕春秋。中国六十岁正青春年华、激情未艾，正是因为有科学的知识、有科学的原理、有科学的奉献、有科学的社会。 对如我一般做点科学的未名小卒而言，中国六十年是人生塑造的沧桑之路。我和这里太多的朋友一样，经历了 少小无书就，桑田卷苦出；青山削半路，暮色占清幽 的无知和孤陋，到青年时期的 始知世事里，加森敢死队；一曲甜蜜蜜，不由梦里醉。 80 年代入学府， 90 年代出学门，随后远渡重洋，携报国之志，成自我之心。到今天是几度专业转进，终行物理人生，也算是祖国纵横发展系综里一个不满足麦克斯韦分布的热运动分子。行过弯路千千万，脚下尽是错与跚，但从没有停止过迈步。就算是多几次 四渡赤水 、有几回 西征完败 ，不也正是国家六十迈步从头越的一段故事、一个部分么？！ 毋庸讳言，祖国身躯上也许还存在些许这种那类不公平、不合理、不合情、不文明，携带了一些异常的细胞、 DNA或 细菌。究其根源，也正是因为我们每个个体渺小身躯上都或多或少携带了这些是非曲直。在中国这般年轻的时刻，我们科学人当不以花魁为占喜、不以奢华为福求。我们当先未雨绸缪而携远虑近忧，后欢呼雀跃而舍义取利。每一个我能与祖国共风雨、迎患难，才是正理，才是祝福祖国的最好话语、最重礼物。正所谓： 七律 自许 文章自古缚箴言，总把家国立眼前。 记取鸿鹄凌志转，存留寸草匠心圆。 一生博弈敦行会，两袖绸缪镌语篇。 顺世常与忧患度，路出足下始云天。

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物理人生(92)--秋之憾

ising 2009-9-25 17:56

过了不惑之年，会开始偶尔回首往事。比如拿以前发表和没有发表的文章来看，有一些自豪感，更多是唏嘘遗憾。为往事多有遗憾，也因为未来少了一些激情和梦想。这是一种消极的人生姿态。例如，看一些早期的文章，为那时初生牛犊之新奇想法而骄傲，却也为那时物理上粗糙、逻辑上欠周及至错误处理而羞愧。 不过，这让我想起多年前听已故电影人 谢晋 先生说过的一句话：电影本质上是一门遗憾的艺术！这一定义主要针对艺术家本身创作而言，未必一定会波及观众。艺术家将遗憾与创作联系在一起是委婉的往事回首千般嘘，不期前方有新渠。很忧伤的蓝色小调，却并非不美丽！ 牵强到研究生涯，也是一样的道理。用八卦的语言道来，科学史故事都显示出原始创新的一大特征是创新为时间的遗憾函数，时间越长遗憾越大。而看起来，圆满的学问一定是纷繁复杂与臃肿的，圆满的东西不会是原始创新。人类从一开始就喜欢简洁而不是臃肿，所以发展哲学思辨来 pattern 我们的世界和思维。后来发现哲学离现实实在是太远了，才开始妥协一点，诞下了经典物理学与化学。所有唧唧称道的规律和定律都是简洁的，因此都具有遗憾的内在特质。这种遗憾与形式之美相对应，因此是遗憾之美。阐述遗憾之美有两个方面： 历程之轴。原创创新公布之时或多或少都伴随糟粕与错误，从而让后人有机会去修补和完善。后人读先人的文献，一个重要使命就是要读出先人的遗憾来，无此便不是学问。越是古老的文献，给人越多遗憾。因为有遗憾，才有反衬先人遗憾之美的动机。我们作时间反演对称破缺操作，以回到百年前的宣纸沉卷，将自己置身其中，总是会唧唧称赞先人的深邃、睿智和伟大，也不时为浩卷里面的灰尘所激而喷嚏连连。那时，破缺表现在人们已经从心里为那些遗憾打上了美的烙印。遗憾是发展、是历程。圆满是遗憾的余函数，是附属的、背后的东西。 形态之轴。学问讲究简洁，远离繁琐。这是公理，无需证明，虽然本文已然是反例。简洁主导形态之轴，从最低层次开始。当下一个层次开始复杂而臃肿时，学者开始上升一个层次，以从大局看整体形态。我们手边的例子比比皆是：混沌之上以奇异吸引子为美、原子结构以星系环绕为美、电子结构以能带条纹为美、第一原理计算以解析包装为美、凝固过程以树枝绰约为美、铁性相斥以多铁耦合为美 (^_^) ，如此等等。当我们化繁为简、舍次求主之时，其实已经将遗憾浸润到简洁的骨架之中，为后人欣赏遗憾之美注入了形态。艺术家被告知、然后是一般观众被告知蒙娜丽莎很美，这并不妨碍我们心里嘀咕蒙娜丽莎服饰之单调与乏味。维纳斯之断臂甚至已经被神乎其神为非断臂而不美，也是这种特质对欣赏者心理的暗示。 其实，日常生活有很多类似图景，让遗憾成为美的一种内涵。例如，文人骚客跃跃欲试的中秋正朝向我们匀速直线运动。笔下写中秋，如何描晚著？天上明月孤，已无半星簇。我们欣赏的其实不是中秋的团圆，而是中秋的残缺；我们慨叹的其实不是团圆的快乐，而是远离的忧伤。中秋图景的主旋律是忧伤的蓝色小调，其主要物性就是遗憾之韵，主要的规律就是忧伤之律。中秋图景不会生离死别，因为生离死别意味着每日每夜的煎熬故事。中秋时节不过是涨落大一些而已，均值 ( 期望值 ) 与过往的日子一样，充满遗憾。 我们回到人生。人生能够记得的都是遗憾和伤心的故事，过往的顺利和幸福大都被淡忘，刻骨铭心的都是些伤心的往事，除了那少有的几件值得自豪的成功瞬间。只不过年纪大了，原来的伤心也都成了遗憾，遗憾被赋予了美的感触。遗憾之美因此成为文明社会与人的重要特质。 秋之憾 (090925) 从来秋意有清忧，远上寒缪任醉流。 遗憾三杯将放手，痴欢一抹已回头。 何如越过红枫地，怎奈居留粤海洲。 正是芳平明月后，泽边叶落可舟愁？ 注：七律中粤海洲特指香港。

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物理人生(91)--将费德勒指标化！

ising 2009-9-15 23:53

我对于体育节目一向没有多大兴趣，原因在于自己不善体育，年轻时就只会连续一个月每天凌晨跑一万米。但我对网球颇有理论上的感觉，能够跟新朋故旧杠上几句今朝的费德勒和纳达尔、过往的桑普拉斯和阿加西，虽然对格拉夫和塞莱斯没有太多认识。在 9 月 14 日 的联合早报上看到如下一条转载的体育新闻： 2009 年美网公开赛男单半决赛中，费德勒 7-6(3)/7-5/7-5 力擒小德，与阿根廷天才德尔 - 波特罗会师决赛。这场比赛之后，瑞士天王成就了一连串的堪称伟大的数字。这是他职业生涯连续 6 次打进美网决赛，连续 7 次打进大满贯决赛，第 21 次打进大满贯决赛，美网连胜场次达到 40 场。这场比赛之前，他还完成了连续 22 次打进大满贯半决赛的完美记录。。。。。费德勒的成就已无需太多累述，他已经斩获了 15 座大满贯冠军奖杯，将原来看似难以超越的桑普拉斯甩在身后。。。。。不过费德勒的球迷们不用担心，以他现在的状态，拿到二十多个大满贯也没什么问题，这话是阿加西在今年法网给费德勒颁奖之后说的。。。。。自从 2004 年那届温网开始，每一次大满贯赛场上，我们都可以看到神勇的费德勒，他每次都兵不血刃的一路闯进半决赛，这期间共 13 次获得冠军， 5 次获得亚军， 3 次止步四强。。。。。尤其难得的是，今年在罗兰 - 加洛斯称王之后，费德勒已经集齐了 四大满贯 的奖杯，距离金满贯仅差一个 奥运会 单打金牌。。。。。。另外，这也是费德勒职业生涯第 6 次打进美网决赛。。。。。。最后还有一个数字不容被忽视，自从 2004 年首轮 3-0 战胜西班牙选手科斯塔后，费德勒再也没有在美网输过球，到战胜小德这一场为止，已经取得了 40 连胜。 已经知道，费德勒昨晚输给了波特罗，终止其美网 40 场连胜纪录。尽管如此，我们并不会就此消弭对费德勒的崇敬，他创造的这些红色的数字依然是我们崇敬他的基础与根源。有趣的是，网球界都用这样一组数字来描述一个网球手的成就和荣耀，它们构成一维数列，理论上没有边界，每一个数字都代表一种骄傲。而稍一琢磨就会看到社会很多专业非专业界别都用这样一组数字来指标化个体群体的成就。 所有专业的业余的网球运动参与者都承认这样一组数字的权威性。虽然博格的粉丝会说博格当年的成就比现在更高，因为那时网球运动没有现在这般专业；而费德勒的爱好者们则会强调今天的竞争更激烈，因此取得超越前人的成就更不易；但无论如何大家一致认定这一组数字越长、越大，则拥有它们的主人成就越大。没有疑义！ 不过，满眼望去，包括科学网在内，科学界却还有很多人或激烈、或理智、或定性、或定量地争论着应该如何评价一个学者的学术成就： ² 层次 1 ：从专业与学术实质贡献角度来评价。比如，综观一门学问的发展进程与主体框架，如果绕不开某个人某个团队的学术成果，那么这位学者这个团队的学术贡献很大、相当地大！ ² 层次 2 ：国内外主流同行对某项工作、某个学者团队的评价。比如，某个或者某些学术权威在主流综述文章中相当程度地正面引用某个学者的工作，那么这位学者的学术贡献也很大、比较相当地大！ ² 层次 3 ：某个学者的 H-index 、被引数量、是否撰写综述、被邀请作学术报告数目，等等。我们看到，从这里开始有定量的数字来评价了。这是现在信息社会的一大功能：数字化学术成就。 ² 层次 4 ：某个学者 SCI 论文的数量、档次 (IF)，等等 。也是数字化的结果。 ² 层次 5 ：。。。。。。。。。。。。。。。。 将这些层次中任何一个层次拿来说事都有其理直气壮的一面和虚以委蛇的一面，即便是层次1 也是如此，因为什么样的成果叫作绕不开的学术成果也是可以被拿来诘问的，弄不好也会发展到人身攻击和掀开酱缸盖子。 如果我们也像网球界一样用一组无边界的一维数字来描述 ( 故事虚构，如有雷同，纯属巧合 ) ： 2009 年在物理学界，费德勒以在国际 SCI 刊物发表 7675 篇学术论文而独占鳌头。本年度之后，瑞士天王成就了一连串的堪称伟大的数字。这是他科学生涯连续 60 年以 SCI 论文数量独占鳌头，连续 40 年在最高 IF 刊物上发表论文数量最多，第 32 年获得引用最多，本年度之后他的 H-index 达到 1800 。本年度之前，他还连续 82 年每年都有研究工作被主流综述刊物大篇幅正面评价。。。。。费德勒的成就已无需太多累述，他已经连续 65 年获得 ISI 研究所颁发的经典引用论文奖，将原来看似难以超越的 E. Witten 甩在身后。。。。。不过费德勒的崇拜者们不用担心，以他现在的状态，再连续 200 年将上述每一个数字扩大也没什么问题，这话是诺贝尔在今年斯德哥尔摩给费德勒颁奖之后说的。。。。。自从 1004 年开始，每一次诺贝尔奖提名名单上都有神勇的费德勒，他每次都兵不血刃地一路闯进提名，这期间共 13 次获得诺贝尔奖， 5 次获得提名奖， 3 次止步四强。。。。。尤其难得的是，今年在瑞典斯德哥尔摩接受诺贝尔终身成就奖之后，费德勒已经集齐了 所有物理学国际大奖 的奖杯，距离金满贯仅差一个 越州物理学 奖。。。。。。另外，这也是费德勒科学生涯第 73 年在《科学》和《自然》上同时发表综述文章。。。。。。最后还有一个数字不容被忽视，自从 1004 年首次获得诺贝尔奖后，费德勒每年都有一项科学成果被认为不能被同行开展进一步研究而绕过，到本年度为止，已经延续了 1005 年。。。。。。 现在，即便我们不去管费德勒到底做了什么，即便费德勒某一年输给了另一位新人，谁又能说这些数字不能很恰当地描述费德勒的伟大学术贡献呢？ 有趣的是，我们回去看看众多学者们在申请基金项目、申请跨世纪、申请新世纪、申请杰青、申请长江、申请院士时的申报书，却都是用类似这样一组数字组成的一维数列来自我评价的。这样一来，即使是外行的专业人士从这一数列也可以大致掂量出申请人的贡献与成就。所以，我们的科学评价体系从专业角度看、从数字化角度看，并没有什么问题，好像都在正确轨道上，虽然有那么一些涨落。 涨落不可避免，没有涨落，哪里可能有演化和进步？而无边界一维数列总是在这里，给社会评价学术贡献以一个合理而综合的尺度。 因此，(评价体系本身)没有本质问题，那么科学网和科学群体争论的问题到底是什么？！^_^ (照片来自网络)

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物理人生(90)--晶面生长之短长

ising 2009-9-5 14:19

大学时代学习凝固理论时，老师为我们讲授晶体近平衡生长中一个再平常不过的现象： 晶体生长形成的外立面总是由那些生长最慢吞吞、排列最密实的晶面围成 。 越是缓慢而欠卖力生长的晶面最后占据的晶体表面面积越大。晶体美妙的对称性和晶莹剔透的形态基本上都由这些晶面按自然空间的意志拼成，越是接近平衡条件就越是没有商量回旋的余地。那些一马当先快速向前推进的低密排晶面却很快被压缩、吞噬并最终泥牛入海、无声无息。我们看到的水晶、蓝宝石、金刚石，都巧夺天工，放在阳光下来回折射反射，会造就一汪闪烁的中心和奇妙的色彩。这些折射反射面都是生长过程中那些迟钝而稳重的高密排晶面。 老师用显而易见、简单明了的卡通和示意向我们阐述导致这一平常现象的晶体生长物理。老师也许与我一般体会，因为这些现象咋看起来有悖常理和常态，年轻时的我一直无法接受和认同。等到后来，在实际晶体生长实验中亲眼目睹这物理不平事景象，我才慢慢接受这一残酷的事实。 这一现象背后的物理非常简单：密实而平坦的高密排晶面具有最小的表面能和厚重的惰 ( 惯 ) 性，它们向前推进需要的驱动力很大，需要逾越的势垒很高，就像拖家带口的家长，每迈出一步都需要瞻前顾后而很难不顾一切。相反，那些低密排的晶面，它们表面能很低、惯性很小，所处能态也很高，能够一往无前。低密排面结构与形态涨落大、不美观、描述和操作起来不易，而高密排面平坦、漂亮、易于入公众法眼。概括起来，晶体能够长得大归功于那些低密排晶面的牺牲，晶体能够长得美则基本受惠于高密排晶面的成长。 然而，对各位读者而言，这里所谓的物理不平事看起来也许更像是一种病态和噱头：勉力向前的先驱常常是笑傲群雄却早早悠然消逝，而那些踏实而不骄不躁的后来者却能够笑到最后而完美示人。延伸到人生旅途，我们的先哲，无论是东方还是西方的，都留下很多与此相关的深刻教训作为醒世箴言，读者可以自己去翻阅和斟酌。例如：破天下大巧用大拙，制天下大变在不变，限天下大谋用不谋，抑天下大争用不争，如此等等，一副哲理的大模样，不过就是告诉世人不为而为、敢为人先者衰、中庸谋远者至的浅显道理。 仰望立国得天下者，那些冲锋在先、立意新奇而生命短暂的先辈们往往视功名如粪土、视福祉如草芥、视天地立命如莫大也。他们快意于舍生取义、立地成仁，就像那些快速生长而又很快淹没的晶面一般，为晶体长大作出了最大贡献。而最后治国平天下者则是那些秉持中庸理念而海纳百川、平和踏实而稳如泰山之后来者。这乃是历朝历代牺牲于建功立业长河中的常态。那些勇往直前的先辈也许过于激越、过于犀利、一呼山而天高云淡、一踏水而海市蜃楼。他们集叛逆与陋习于一身，千疮百孔，换得后来者更踏实、更团结、更整齐、更坚实有力，从而无往而不胜、居上而不败。 按今天事后诸葛的眼光来评价这些先辈，我们看到先锋者往往集良莠于一身。他们品格锋利却行事乖张，快意恩仇却目光短视，亲不破不立而远不立不破，易走极端而疏于算计。而中庸者则品格高瓴而厚德载物，先谋而后动，先立而后废，善合纵连横而结交四方，善因势利导而追逐利大。这两类人一先一后、前赴后继，成就大业。 立国之道如此，学问之道也是如此。谁都明了，追求学问之最高者在创新，梦寐以求颠覆性大创新。这就如同那些低密排晶面一般，不求达致学问环节的密排、疏于钟情创新框架的美观、不会在乎定量定格的准确、敢于鞭挞传统学问的拘泥。进取创新而将学问推广到新的广域和范畴，从而为形态的更新和结构的纷纭繁杂注入新元素和新键合。以此为基为讳，后来者行四平八稳也好、思欣然追随也罢、受交互诘难也好、求去伪存真也罢，进而构筑学问优美的外貌和厚实的内涵。好的学问两者都需要，两者都妄求，不同的是前者前仆后继，后者登峰造极；动人的是前者扣人心扉，而后者宅心仁厚。留待后人评说的是对前者感叹而扼腕、对后者敬佩而青睐。 这类学问之先后所受的待遇也是厚薄分明。那些新颖初出的成果往往难于发表在众星捧月的刊物上，很大原因是因为与常识有相悖之处。而后来者则以此为锲机，既在后续取得更多突破，又能拉近新生知识与大众的距离，取性能更突出更完善，求与应用靠得更近更诱人，从而能够获得 CNS 的青睐，获万民之欢呼。令人宽慰的是，学术界毕竟多得善行，宽待出新者，绝大多数情况下总是能够给予那些原创者以最高的认同，不至于留下太多令人唏嘘的故事。 学问之道如此，事学问者更是如此。构筑一番学问道行，需高屋建瓴而德高望重者在高处审时度势而哺乳新凤阙、收拾旧山河，更需激情者不拘常理而击破常存。老师说：世俗不容之徒，能够为我所用者，大胆用之，常常令我感动和钦佩。老师也借用古人说：上善若水，君子和而不同。对一支团队、一个个体，都有四面八方之品质可扬可弃。有人自傲于视经典如平淡、视陈规如绳索，不唾弃之非神清气爽、非髓骨自如。而有人也惟先人马首是瞻，以考古求证为乐事。对此，团队都应该包容和利用。那些激越者贵在冲天浩气、不知天多高水多厚，从而到处伸展触角，哪怕是昙花一现。而那些稳重者则平整土地、分门别类，抚平踏浪湿乱发，防止平地生沟堑，从而使团队扎实而厚重，终究引万众来观、千子来朝。 这些道理其实在物理中算是信手拈来，就如同国人观百家讲坛而口吐国骂一般，万人颂谏，到处都是。作为很久未吐者，我也在这里品尝一口晶体生长里面的长短，以检视自身之委琐，以分享物理之得失。 方解石晶体(来自网络) 发表评论人： ghwu ip:210.73.1.* 哈哈。北京已秋凉矣！更读先生好文章。 脱离了闷热，就有精神与作者来抬抬杠了。 那些一马当先快速向前推进的低密排晶面却很快被压缩、吞噬并最终泥牛入海、无声无息。这个现象是存在的，这个道理 Ising 老师和 Ising 老 师的 老师都说得非常清楚了。 但是，这是指一般比较自由的全方位单晶生长的环境。如果是某个单一方向提供较大的生长动力（比如温度梯度），并且用适合的籽晶引导，那情况就不一样了。如果相图合适，则是想要什么方向，就在这个方向弄一块籽晶，而单晶就在这个方向蓬勃长大，无论密排疏排，无论取向差别。 如果一定要举个人世间的例子，那么全方位生长就像乱世，英才者，良莠皆备。而定向籽晶生长，就像和谐社会，如有正确引导，加上良好环境，就发展快，方向一致，而个人差别不左右大局。 特别值得指出的是，在后者单晶生长环境中，那些自由生长中猛打乱冲，存身不住的低密排面，反而成了择优生长方向。出于产率和工艺的考虑，籽晶和生长的长度方向，还多选用这些个方向。再拿人来比喻，就好像如果社会和谐，那些冲锋在先、视功名如粪土的人更能发挥作用似的。 在这种取向单晶生长中，还有一个特点，就是那些生长速度不快的方向上（比如轴向），则往往有漂亮的光亮平面产生，这些平面在晶体棒周围形成对称的晶棱，甚是好看。这些晶面就是 Ising 老师说的那些循规蹈矩的高密排面。它们的出现，就是在这些方向中，没有籽晶的引导，没有温度梯度的强迫，比较接近自由生长的环境。此时它们的稳重，在这种不需要冲锋陷阵的场合，比较受人欢迎。这种现象，被叫作小面生长，常用来判定生长环境的优劣。 取向单晶生长是人工单晶生长比较常用的方法之一。在这里班门弄斧，略述其特征，可不是用来褒贬 Ising 老师的人生哲理。最多只是窃窃地问一声：做学问如低密排面生长，勇往直前，不拘旧格，图快意而略宠辱；做人如高密排面生长，稳定而严谨，有平面，有棱角。如何？

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物理人生(89)--心中的树蔓

ising 2009-8-25 11:30

心系绝愁似无愁，千骄笔著拒后娇。 香港的夜晚总被温暖海风层流般抚慰着、被维港的海水周期拍打着、被现代都市霓虹灯光致发光着，因此显得比南京美丽。从机窗望下去，灿烂星溪不老，啾啾石林比高。高楼之间灯光闪烁，相互干涉成左右旋转的焰火，让人回想小时候在阳光下往破旧窗户玻璃泼洒肥皂水后映在眼膜里的七彩斑斓。可惜我的瞭望不能长久，哪怕是痴痴地发呆。空巴 330 将我与心里的咸湿味带上夜空，直插云霄，去与黑暗周旋和颤振。 ( 一 ) 五道口 这次去北方，是要去观摩参与 2011 年 ~2020 年材料科学战略发展规划的研讨。在群贤毕至、老少咸聚的五道口会所，听与看着智者深思广谋未来二十年材料科学的森林是哪样色彩、是何等风华。在我心中，那些色彩就像窗外与夕阳吻别过的夜空一般难以捉摸、却也依稀可辨。也许规划本身不重要，重要的是我们知道有必要画一画二十年后那森林形态，从而为我和很多人的海市蜃楼把脉，为目前也许变形了的研究工作洗一洗垢面蒙头。毕竟，我自认为做不到像圣人一般等待那长夜漫漫、晨曦遥遥的枯萎。 为未来作画是重要的，不是因为画作本身有超时代的荒诞、也不是由于色彩有醉人心弦的混沌、更不是源于画家有画龙点睛之功力，而在于坐古而抚今、拥近而望远。虽然很多人说规划未来总归在很大程度上如海滩雕塑、未及而溃，但规划是科学研究投入的一种姿态、一汪溪水。我们做规划，就像在诊断繁华都市里的红与黑。我们每天在都市里迈步，来来往往，在轨道中画起伏与弧线。规划中的部落与眼前的都市不同，它比都市模糊、清淡、简陋，却比眼前的都市新颖、独特、前卫，是建设二十年后新都市的一方地基，我们因此称之为都市里的村庄。这座村庄应该革除现代都市的弊病与陋习、拥有比现代都市更完备、更智能、更平和、更和谐的生命与环境，虽然它还算不上是一座村庄。这是都市的雏形。 ( 二 ) 浅水湾 站在山顶望浅水湾，很多人都会说这是香港的美丽景观。来回几趟望望海湾，能够大致判断这美丽景观之源。浅水湾坐北朝南，背靠的山体像一面巨大的凹透镜镜面，将海湾半抱入怀，有犹抱琵琶半遮面的感觉。海湾南侧，除了海天相连之处，就是几座岛屿如透镜的焦点，将陆地与大海的风光聚焦在弹丸之地。这里有趣的现象是，尽管蓝天碧云，但浅水湾的海水呈现的是厚厚的藏青色而非天空下的蔚蓝色。藏青色的海面给人沉重而相对压抑的感觉，连海水翻腾似乎都显得粘滞非常而逶迤不清，远不像蔚蓝海水浪花白的视觉享受。 站在山顶揣摩这藏青色的根源，就像揣摩我喜爱的藏青色长裤上看不见的荧光。浅水湾背靠山体上布满的是 1960 年代以后香港政府推动的山背植树计划之成果：主要是藏青色的马尾松和殼斗科灌木树林。很显然，因为浅水湾背山的这种透镜效应，树木的藏青色色彩经过镜面与焦点岛屿的多次交替反射散射，形成这种少见的藏青色海湾。站在山顶再远望，藏青色垂直向南衰减，到了外海方成海天一色的寻常景象了。 浅水湾再漂亮、风光再原始，香港人都不会轻易放过，一定要显示出人比自然强，因此很早就对港岛山和浅水湾等进行规划。规划的成果之一就是太平山顶和海洋公园了。 太平山顶的开发很早，陆陆续续几十年，到现在已经基本定型。我们知道的有登山缆车和观景台，近些年有了 杜莎 夫人蜡像馆。坐缆车上山，给我们的感受更多是中学物理中的斜面牛顿运动，可以感受地球重力是如何沿斜面方向产生压力分量的。而轨道两侧的景观犹如光的散射，一处干涉长，两处干涉消，灯火忽悠间，消长任人愁。到了山顶，您能够看到维港像一条丝巾，沿东西方向随风在飘忽不定。港岛的水泥堆砌出长夜的海市蜃楼，将热浪和悲欢离合离散化成星星点点，在丝巾飘忽的一侧优雅地开启与闭合着。 浅水湾藏青色透镜的焦点那里耸立起闻名于世的海洋公园，吸引了众多孩子和童心未泯的大人。公园大量启用物理创意，将透镜规划成一个硕大的物理实验台。热气球自平地上升到 100 多米高，让您看浅水湾的黑水与山腰的豪宅，体会由平凡视角到大手笔的快慰。所有的运动都是重力与转矩的运用，包括海豚表演也是如此。海洋公园的玩家们在焦点处纵横激越的时候，不知道有没有注意到外海那条黄金水道：来往的远洋巨轮一艘艘沿藏青色与白水边界处吃力地游弋着，将牛顿力学从大转盘、大冲浪、魔幻转椅等等眼花缭乱的极端映射到缓慢的匀速直线运动。而背后的人生道理是：物质劳动创造财富很缓慢，而疯狂的运动让金钱如流水一般在浅水湾快速流走，瞬间变成了一种模糊印象。这就是浅水湾的价值，那藏青色透镜因为海洋公园而有了新的诠释。 海洋公园还能够让人留恋的大概就是那条登山索道了，因为索道让您能够从天空俯瞰浅水湾的立体结构。这时您最能够看清浅水湾海面藏青色与蓝天白水之间的清晰界面，真的是一种震撼。 ( 三 ) 红磡 很喜欢位于九龙半岛最南端的红磡，我访问的香港理工大学就在这里。喜欢红磡还不如说喜欢这所大学和这所大学的应用物理系，这是我第七次访问应用物理系。 我不知道红磡与香港理工的红楼有没有关系。理工的红楼是一大片连通的建筑群，高度差不多，只有超人李嘉诚楼最高， 16 层。除了这一片红楼，理工大学就基本上没有什么地盘了，标志着一所袖珍大学在寸土如金的红磡之地耸立着。与理工类似，香港城市大学也算袖珍大学，也是一楼连通南北。不过，这两所袖珍大学的研究并不袖珍，而且据说理工的学生人数在香港却是最多的，所有教室白天晚上轮番上课，很有那种绵绵之力如千钧一发之意，让人感佩。 这个袖珍校园一切都是那么井井有条。红色的大楼作为理工的 LOGO 标志给人温暖和勇气，非常适合于摄影。一楼的空间让处在高能级的准粒子们偶尔能够 BEC 一下，作为全同粒子在那里会聚与分离。因为课程安排的技巧，您看不到吃饭时间满地都是湍流图案，而这里的食堂娱乐场所似乎也没有关门与歇业之时，除了周末总在那里开放着，因此将冲击波平抑为缓缓江水、娓娓东流。 理工应用物理系和香港所有大学的系科一般，有很多来自全球各地的访问研究人员，我算是其中比较老朽的一位。每次访问这里时间很短，与这里的所有教职友好相处、相得益彰、相谈甚欢。他们坐一个不足 10 平方的小屋子，我们这些人坐一个稍微小一点的挡格子，大家也许各怀心事也许各揣快乐，让生活像极坐标一样每天 360 度旋转。 这里的 Host Professor(HP) 待人友善，明白为学之道在于内紧外松、以人带学、以是带事、以心带行。这一套学术合作与交叉的作法我很受用，也进益良多。在这里，我没有感受到压力和迫切，全凭 HP 对我的信任与友善。投桃报李、礼尚往来也是学术合作之一种模式。 每次来这里的使命都差不多，但是心里历程是不一样的。每天早晨从红磡火车站冒出来，穿过天桥到达校园时，我都会靠近校园中心花园的那只时钟。每天我都是 9 点多一点靠近她，不是因为我要关注时间，而是想看花园里的树蔓。每天晚上，子夜花落之时，我离开办公室回去那间笼屋，也会路过花园，也会再看一眼树蔓。红楼在那里，一切有形无形的规范与线条在那里，没有多大变化。而生机勃勃的总是中心花园里的那些树蔓。别看年复一年那么生长着，形态却总是不同，不管周围是何等人来人往、雨打桑华，树蔓仍然在那里倔强地生长着。 是以为每天生长着的树蔓而写！

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物理人生(88)--天无尽头

ising 2009-8-3 16:50

盛夏之时，贸然去山东大学威海校区参加中国物理学会电介质物理专业委员会之年度学术会议，得以又一次从旁观者和参与者角度去审视诸位大师、高手、新锐们向我展示电介质物理之内涵与外延。对于电介质物理，我的感受是复杂与浅薄的，谈得上深情冷暖小楼中，也谈得上天之尽头总迷茫。这些年，我和我那些学生们一直在这些电介质里面弛豫与涨落。有成功的例子，对应于快速弛豫；也有漫长黑暗的经历，对应于缓慢的弛豫过程。总体上，每迈一步，如同双腿绑沙袋，步履蹒跚，有效质量很大。我们心里也很明白，电介质物理的精华之核心就是弛豫谱物理，我们总在其中弛豫，因为弛豫谱太宽，似乎没有弛豫结束的尽头。 遗憾的是，这种蹒跚前行的时光总满足时间反演对称，来去无影，回首无声，不会在过去与未来之间留下任何痕迹，否则时间反演就该破缺了。即使是对于带有极化的电介质(铁电体)，时间反演都是对称的。与此不同，满足时间反演破缺的自旋却一直风光无限，几乎很少被冷落与轻视过。这是否是电介质物理的宿命，抑或是我们目前的境遇？！ 电介质物理在凝聚态物理的历史长河中并不短暂，但是留给我们的星光灿烂却比较单调。当导体和半导体在能带理论的高楼中上上下下、翻腾激越时，电介质相对而言受到很大的抑制，一直被压抑在基态附近，虽时刻准备着建功立业，但没有受到足够的青睐与重视。自从我们的祖先德拜傲视群雄勾画了极化子涨落与弛豫的图景，我们这些后人就一直在其余荫下日出而作、日落而息，偶尔有大师朗道造访此地说一说唯象的乐园，或者是大师安德森侃一侃软模的风景。基本上，我们的先人付出于斯、收获于斯，在人类信息化之路上也算呕心沥血、功盖云天。不过，我们的家园就像昨天的中国，来料加工占优，利润微薄。电介质偶尔在场效应管中出彩了一回，却被半导体 Si 抢去了大半功劳 ( 见拙文 物理人生 (81)-- 潮起潮落 ) ，而多半默默无闻地在微电子学和现代光学领域春蚕到尽、蜡炬成灰。回忆一下，微电子学里面用到电容、光学中用到极化光学效应，这些都是电介质的足迹，却没有历史回头去欣赏审视。 因此，电介质物理在过去几十年间基本上是清心寡欲、淡妆素雅，虽然偶尔也会醉里挑灯、剑裹桃花。看电介质物理之清心寡欲与淡妆素雅，是因为其主体上没有能够借助量子力学与能带理论之法术纵横中土、驰骋两江。虽然在唯象层次上、在德拜弛豫图景里，电介质物理也算银装素裹、分外妖娆，但在电子层次上却总是婉曲低吟、长风不系。即便对于压电和铁电效应，也多是在本构规范中寻找响应动力学的法典。 如果再看电介质物理之醉里挑灯与剑裹桃花，则量子顺电、铁电起源和多铁性三个方面方始让量子力学与电子密度泛函面露狰狞、涛尽江沙。量子顺电率先显露量子涨落在涨落 - 耗散框架中对于介电弛豫的巨大作用，因此让电介质物理在基态里也多了一份风华、几许妩媚，到现在为止也是江山美人、犹抱琵琶。而铁电起源则将美丽宣泄在铁电存储之秦汉山水中，从而为第一性原理进兵铁电电介质提供了明修栈道、暗渡陈仓的机会。而因为最近几年、十几年的发展，电介质物理中最有醉里挑灯看剑的沧桑之美应该是多铁性电介质。 自软模理论之后，二十多年来，量子力学未能让电介质物理有桃花流水深千尺、不及汪伦对我情之感概，但多铁性电介质却获得了如此礼遇。电介质物理在多铁性那里总算展示了时间反演破缺的变幻与风景，从而给予量子力学如今迈步从头越的机遇，使得铁电性可以由一类崭新的机制来产生。更进一步，因为自旋在多铁性介质中扮演了重要角色，电介质物理终于在出让部分利益给磁学和自旋电子学的同时，让量子力学在电介质物理之不算肥沃的土地上实现了从来料加工、自主制造到自主创新的跨越。这一历程与中国的改革开放有惊人的相似，让我等电介质物理人们体会到生存学问互相映、一舟搏击两江流，大概也算是千年难得的际遇。 威海有一个天尽头，让人伤感让人愁。而电介质物理因为铁电起源和多铁性，在量子顺电之外重新有了蓬莱仙境、无天尽头的解读： 【 浪淘沙 天无尽头 】 Ising 090725 电介质物理专委会后，访位于海天相接处之山东大学威海校区天文台，观天象、习宇图、望沧海、思迷途，遂次韵湘雅君子。 无意立天头，苦度春秋。陋居小舍画江舟。芳远无缘随我看，天水巡鸥。 最憾慕空悠，夙愿难休。登高莫为数星愁。眉上银河接浪暖，海地枯流。 是以为这次电介质物理年会而贺！ (这是自旋导致铁电极化产生的新机制，Nagosa et al)

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物理人生(87)--把握尺度

ising 2009-7-22 11:53

今年再次赴京郊九华参加基金会评，盘桓一周。与两年前不同，那时尚有为国尽力、挑良选杰之初衷，自觉有高登远眺、极目穷山之稚感，遂作 【 高阳台 评基金 】 一阕， 抒怀达意。此次参会，每日面对文山会海，以至于到后期大脑发生呆滞相变，神经不再涨落，感知不再反馈，千般奇思归于一蹶，万种期待沉于深渊，不可测。幸运的是，最后一日承蒙挚友盛情，方出得城门，潜入十三陵深处的银山塔林寻访一日，不亦快哉！ 据载，京郊银山塔林位于十三陵东部。银山得名于冬季冰雪厚积，色白如银，因麓有石崖，皆成黑色被称为铁壁银山。唐高僧邓隐峰在此建华严寺。辽代建宝岩寺，金代改建大圣延寺，明正统十三年 ( 公元 1448) 重建法华禅寺，内有僧瘗骨塔七座，周围山麓上也建造了许多形式各异的僧塔，史称塔林。 然而，让我心动者更多是山中砂石地貌形成的天然景观。沿小道拾级而上，一路都是高处跌落而下的巨石盘桓，构成天然石窟、石舍、石林、石观。站在钟顶瞭望，群山沟壑处处都是因风化和山体形变而解理成片的巨石，它们绝壁而居，引而不发，构成行将崩落而下之大势，引群山欢呼、骚客惊诧。不过，每每想象石崩山裂之景象时，我笑言山体之动当跨越百年、人之渺小却短如朝露。我们的视觉与自然之造化完全不在一个时间尺度上，自然之美丽与人心之梦寐无法引起共振与交互作用，也就无法形成因果和共鸣。 因此，自然之美丽与物理之睿智，在一些层面上缘于尺度是不二的法则之一。这种尺度把握的奥妙也算不才在这次基金评审中得到的启示。我参加的是材料组的评审，归于材料组的项目从物理角度看最能体现能量过程、空间结构、时间演化之中 尺度之法 风生水起、内外交会的图景。所以，不才斗胆在此胡诌几句，发发谬论。 首先是能量尺度。物理过程在能量尺度上的交会是新效应背后的基本规则与推手。对物理过程的深刻理解基于对能量尺度的基本估计，抛弃这一原则难以让物理展现狰狞面目。我们评估一个重点项目，申请人宣称他发现了与传统理论完全不同的一类新机制，导致材料中出现新效应，并且发表了大批学术论文。然而，仔细斟酌其新机制的出发点，就可看出宣称的新效应源头所能提供的能量与新效应所需能量差距甚远，因此在能量尺度上完全不匹配。这种能量尺度的交会并非可有可无，因此要么是这种新机制的发现存在问题，要么是存在其它机制未能被揭示，要么是我理解有误 (^_^) 。人类在宣示新发现时首先需要在能量尺度上勾画图景，这就像我们欣赏水墨国画，群山的大气磅礴是主调，而涓涓溪流即便悦耳动人也无法引起画家的心声。 物理过程的另一法门是抚摸时间尺度。在满足能量尺度交会的图景里，我们抚摸物理过程的感觉是有时间分辨局限的。有很多项目申请宣称关注物理过程的婴儿期，其动人之处在于婴儿期允许我们欣赏稚嫩与单纯之美。殊不知，物理过程之早期与生命之始一般非常脆弱和短暂，常常难以捉摸。以材料相变的 spinodal 机制为例。成核生长过程需要波尔茨曼涨落与弛豫，从而允许我们采取措施去延缓弛豫和提升涨落，达到延长时间尺度的目的。而 spinodal 过程却是吉布斯减少的过程，是自发的能量滑坡，时光短促，芳华瞬逝，通过广泛用于成核过程探测的休克手段探寻 spinodal 早期事件往往变得难以为继。申请人如果不对时间尺度作基本评估而贸然击水，大概与刻舟求剑之道有异曲同工之妙。 在时间尺度卧榻之侧，又岂容空间尺度酣睡？忽视空间尺度交会的研究在我们的悲惨科研人生中比比皆是，却无可奈何，也导致我们追求更深、更弱、更小。这种追求体现在两个基本层面，其一是实验上追求原子亚原子层次的分辨与关联。在结构成像上这一追求不存在很大问题，但是在成分分辨上却存在重大隐患。对于成分无序系统，成分在空间上随机涨落与关联是本征特性，进行成分的空间重构需要克服这一特性，才能揭示空间尺度。这一点被很多申请有意无意地忽视。其二是理论上的第一性计算。因为计算资源的限制，实际物理过程中空间特征尺度的第一性重构还不太可能，但很多申请者依然追求依靠第一性来重构物理过程的空间特征。似乎所有人都无可奈何地承认这一不可能性却继续这一不可能性。同样，在材料相变过程研究中，忽视空间尺度交会的申请也有很多。这样做又似乎有仰慕皇帝的新衣之感。 当然，物理过程的尺度把握在我们先人那里已经炉火纯青，今人难出其右。最动人的是测不准原理，次动人的是物理解构 (dimension decoupling) ，这些都是把握尺度的伟大成就。材料学者的基金申请，主要目标之一在于揭示其中的物理化学起源，此时尺度的把握变得异常重要。如果您造访塔林银山，对能量尺度的权衡是塔林的祈祷，对时间尺度的度量则是塔林的沧桑，而对空间尺度的把握更是石窟、石舍、石林、石观的对称破缺与对银山的装饰。因为把握尺度，我们才可以延伸我们的创造与追求，才可以在尺度之外构筑诗景与诗意。 【 贺新郎 访银山塔林 】 驿外王陵处。 燕关霾、太行扼守，雾环云慕。 壑口能容千重难，怎奈流苏如故。 转冉绿、炊烟几束。 一片苍凉唏嘘地，挽不回去日铁骑牧。 只剩了，陨石柱。 且将身后沧桑簌。 再登高、不拘道险，任凭风黜。 尽遣楼台春秋事，脚步珠玑低数。 钟鼓散、沉思渺婺。 相对衷肠千年短，且芬芳历历菁华路。 从此受，众山妒。 是以为一周以来的呆滞相变画上破缺的句号！

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物理人生(86)--多铁，爱得烦死

ising 2009-7-11 11:39

引子：【 兰陵王 自醒 】 夏初旭，扬起层层碧绿。飞纤絮，蒙断旧尘，更是骄阳落芭簇。不觉又苦楚。飘忽，庭深院肃。抬头望，天本向蓝，何处飞来子时雾。 闲愁甚无助。看巷尾街前，清淡如故。十年忠事一年禄。曾背月荒日，举良锄莠，平凡卓越拒茧缚，尽与此生骛。 长路，浣溪慕。正细雨磐石，击水歌露。千帆散去空余渡。应隐却浮幻，伴登高处。沧沧之上，浪卷起，自有度。 我只睡了四个小时，两眼发红，匆忙来去参加一个关于氧化物物理学的讲习班。当前氧化物物理中两大吊人眼球的主题当属高温超导体和多铁性单相氧化物，而我唯一感叹的不过是在中国却几家欢乐几家愁。中国的高温超导、特别铁基超导研究如火如荼，有科大和物理所等几支团队风头正劲、成果斐然，引起行内广泛好评。多铁性单相氧化物的研究在我国起步也不算晚，区区五年过去，我们却落后美日很多很远，除了几个理论小组还勉强过得去之外，实验研究落伍尤其明显，令人唏嘘。这是过去多年来中国在自然科学领域所展示的中流击水、不进而退之又一个典型事例。因此，作为多铁性物理研究的一分子，我感到羞愧与惶恐。 我国从事多铁性研究的大专院校与科研机构比做高温超导研究的多很多。因此，我对于让我去做报告的会议与科研机构之要求来者不拒，以让自己能够尽心竭力去介绍我国目前在多铁性氧化物研究所呈现的尴尬与落后局面，让尽可能多的学生 和年轻 老师明白多铁性物理和多铁性应用的核心应该是什么、我们还有什么可以做的、还有什么是不应该做的。 多铁性单相氧化物物理目前的两大主演是 BiFeO 3 (BFO) 基为主的 A 体系和以锰氧化物为主的 B 体系。它们在过去几年各领风骚半边天，精彩纷呈顾不暇。关于它们相互较劲、潮起潮落的故事在 Nature 系列、 Science 、 PRL 和 AM 几个刊物里有详细的记录，你可以端起一杯大红袍，慢慢品味，细细揣摩，让故事连成连续剧，放他三年不为长。 A 体系在多铁性中占有非常独特之地位，因为它们具有较高的铁电转变温度，最接近实际应用，其 62nm 的 Fe 自旋螺旋结构最近也开始备受青睐。经过伯克利 Remesh 和威斯康星 Eom 等人的艰苦努力，对 A 体系进行大规模整容处理，完全不输传说中的偶像迈克尔。我们已经知道， A 体系薄膜的铁电性质已经如此优越，超过传统铁电体，甚至让人开始忘记它是一个多铁体。这种性质在单晶和多晶中无法获得，体现了整容手术的威力与魅力。 其次，虽然对 A 体系中铁电畴与磁畴的交会与耦合也作了深入的实验探索，但总体而言，我不认为 A 体系是地地道道的炎黄子孙，因为其铁电性与磁性的来源不同，相互之间耦合比较弱。这就好像歌唱得不专业的歌星，但形象比较酷、也能够琅琅上口，所以获得众星捧月的地位。 除了薄膜制备及相关器件物理研究之外， A 体系陶瓷制备起来很像大火煎鸡蛋，不是糊了就是蛋黄流了出来，很不容易拿捏火候。其结构复杂，成份难于控制，以至于一百个小组可以作出五百种实验结果，其外貌是如此的精彩纷呈，不知道哪儿是真，哪儿是假。经过几年的广泛研究， BFO 体系似乎已经被众多观众翻来覆去地看透了，直到剑桥大学的 J. F. Scott 最近在 AM 上长篇大论，才让我们有世事沧桑之感。最近有关 BFO 单晶的工作也让我们看出， A 体系的精彩是在多铁性之外，如果不整容的话。 我国开展 BFO 体系研究的队伍很多，大多数都在追随先人的足迹，虽则千辛万苦，却没有走出多少新路。我愿意呼吁，对 A 体系的研究已经是万水千山，继续追随前人开展烧结、掺杂、纳米化等方面的研究需要有创新的物理思路和明确的应用目标。如果没有，目前对 A 体系的研究氛围不应该是国人的明智选择。 另一位主演 B 虽然在美日欧红得发紫，在中国却没有获得青睐，虽然她更专业、更美丽、也更深邃。目前国内涉足 B 体系实验研究的团队屈指可数，比铁基超导研究团队少得多了，让我有苍山高去、雾褐重重的感觉。 B 体系更专业体现在物理上更纯正和更富有新意，是强关联电子系统的典型代表。说她更美丽则体现在自旋构型的丰富多彩，这种丰富多彩的自旋构型是产生铁电性的起源，因此对 B 体系的青睐成为走向多铁性物理之核心的必由之路。说其更深邃则在于这种自旋构型是多体交互作用之间的精细平衡与竞争之结果，从而给人以发挥智慧取得四两拨千斤功效的机遇。 关注 B 体系的挑战在于我们需要极端条件，包括很低温度、很高磁场、很强的中子源与 X 光源、很小波数的光谱、很高质量的材料。因此， B 体系在我国无法走红的原因也就一清二楚。为此，我也深感国人之无能为力与望空兴叹。 我们目前能够做的至少应该是有更多的团队参与进来认识和追星 B 体系，有更多的尝试来发掘更多 B 系统之专业、美丽与深邃，有更多的资源来整合团队协作与攻关，有更多的机会参与国际合作实验。作为第一步，我们需要认识 B 体系，希望有更多的学生和年轻研究人员参与进来。对 B 体系目前的现状与问题，我们最近给出了一个不错的概览与总结，读者可以在 Advances in Physics 58 (4), 321-448 (2009) 中找到。文章的链接是： http://www.informaworld.com/smpp/content~db=all~content=a912522338 谢谢各位！

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物理人生(85)--迈克尔的救赎

ising 2009-6-26 16:16

那是我青春年华的末尾， 28 岁之时，我在德国哥廷根大学作访问研究。那天，在友人家里作客，与他们一起看电视里的画面。电视频道直播迈克尔 杰克逊(Michael Jackson)在(伦敦？布加勒斯特？)的演唱会。那是我第一次见识这位摇滚歌星、第一次看他的演出、第一次让耳朵在他的音乐中起舞弄音和休养生息。 虽然离开现场很远，但我觉得与迈克尔靠得很近，可以第一次放肆地让自己的个性在他的舞蹈与幻影中相变。我觉得与他的音乐也靠得很近，可以第一次在嘈杂与疯狂的轻率中体会深沉的和谐。我也觉得与他的歌唱靠得很近，可以第一次为我未来或走在路上、或窝在 KTV 中、或独自靠在办公室的桌椅中，将深情和优美寓于那游丝一般行走的哼唱里。那次直播让我第一次领略到生活中也是可以将喜欢与爱深藏在碌碌无为抑或是舞动不安的不平凡与不平常之中。 我请求友人将那天的录像为我转录了一份，随后又去到街店买了他的两盘录音带，一起带回国。遗憾的是，不久的一个夜晚我在录制一台晚会的录像时失手将迈克尔的非凡身姿无情地抹去了，让心痛伴随我很长很长时间。我再也没有去拆封那两盘录音带。 此后的很多年，我偶尔在 HTV 店里、在大街上、在梦幻的深处听迈克尔的歌唱，直到今天清晨听说他在加州家中殒落的消息。多少年来与迈克尔那些零星的相逢，就像我们在人海人潮中依稀看到故人一样，欲罢回头而莫回头，欲罢记忆而莫记起，只要在心中某个角落里温暖就好。 过去很多年，所有有关他的负面新闻都没有在我心里激起任何反感，而回顾他的歌声和表演却总会有丝丝涟漪。我能够体会一丝他的痛苦和孤独，就如我们自己的痛苦与孤独一般。对迈克尔而言，创新之后还要创新，因为他憎恨碌碌无为，不愿在创作激情涌退与内心沉迷中慢慢地衰弱。友人曾经说：迈克尔是激发的精灵，长此以往，他不大可能活过 50 岁，而他今年也正好半百。 迈克尔的音乐，像 heal the world 那样传唱世界的并不是他的经典，也不是他的本性。他是 beat it 的受体，是 bad 的代理，是 dangerous 的导师，是 billie jean 的幽怨，是 smooth criminal 的倾斜，更是 will you be there, you are not alone, the girl is mine 的唯一。他的歌唱则是 温柔背景下的狂野，是抒情背景下的卖弄，是激越高亢的生命，是早早殒落的定数。他的表演充满传承与创新、陌生与惊喜、出位与流行、温馨而芳香。 作为学人，也许我们并不以为迈克尔与我们有何干系；即便作为社会人，我们也远不会与迈克尔殊途同归。然而，他是我们同时代的印记和异常，是带给我们感受创新孤独的影子，因此我们更愿意从迈克尔那里找到知音与灵感。当我们去崇拜上一代的费曼之时，其实我们内心更加崇尚迈克尔。费曼将绅士与个性映衬在物理学现代史那天才的浪漫里，当他将墨西哥的西班牙风情手鼓击拍得充满共振的时候，物理在那时蒙上了面纱。而迈克尔完全不同，他总是将浪漫寓于激情之中，将美好而温柔的东西进行创造性地 coarsening( 粗晶粒化 ) 处理，因此，创新对于迈克尔是比费曼更加生命的生命。迈克尔为那些充满烦躁和狂闷的人们与美好温柔之间架起了无形的桑德拉大桥。迈克尔是一种独特的风格和行为，前无古人，也许还后无来者。 迈克尔所有的音乐作品，除了那些应景之作 ( 如 heal the world) 之外，都能让我们感受到背景的优美和协调。这于学问而言是已有知识体系的布景，是美而和谐的。这些作品却还几乎无一例外地拥有声嘶力竭、顿挫、起伏、躁动等激发的元素，总在企图突破、冲击、失败、再冲击。这些元素和冲击为我们这些躺在前人成就之上优越着的学人所缺乏。浅薄的知识尽管是片断、是低维元素、是飘浮不定的破损与缺陷，却代表创新；而深厚的学问是和谐、连续、细致的有序和厚实，是优美，也代表无为。我们很多学人擅长其一而怠慢其二，而将浅薄与深厚进行完美而新奇结合的，正是用音乐阐释其中绝代般技法和漫天般艺术的迈克尔。 多少年来都难以忘怀迈克尔、难舍他的歌唱与表演，也许同样是因为浅薄与深厚在我和很多人心中结缘，更在我和很多人的学问之道上交汇。迈克尔离去不会在我们心底涟漪起泪与伤感，因为他的那些声嘶力竭、顿挫、起伏、躁动等元素已经成为我们支配生活一点一滴的一类机制。他离开这个世界，那是他自己的事情。我们会继续用这一点一滴的机制来调控我们的路，它们已经属于我们，已经成为我们的救赎，不管迈克尔今天是不是离去。 ( 090626 )

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物理人生(84)--何处是一泄？

ising 2009-6-19 14:57

(图片来自网络) 月初赴杭州，参加中美双边纳米铁电讲习班。西湖太过婉约，柳浪闻莺太过风花雪月，熬到最后一天方得天高云淡。契机偷得半日闲，款款移步到诸暨，且追随 范蠡 先生去那山里面的五泄宝地盘桓一日吧，以欣赏西施故乡凄美山之形态与水之动力学。 简陋的班车从诸暨县城往西南方向走，不过区区 40 多里，就开始将浙江南麓的青山绿水缓缓拉到我们眼前。这种意象的转换在江南春夏之交再平常不过。风对于运动的汽车充满凉爽与温柔；而一旦汽车停下来，风立刻变得喜怒无常，热火中烧。汽车穿行的村镇与我幼时熟悉的破旧村落并无二致，偶尔会镶嵌几栋很不相称的现代化土楼。车进入五泄景区里面，眼帘映入的图象完全不同，整个景区几乎笼罩在静谧和阴霾之中，让人感受到什么是江上红日低，岸边寂寥垂。崖下三尺土，水面一抹邑。 游船将我们载到水库尾部的渡口，以便好奇心能够拉动我们很快进入那窄窄的青山豁口。穿越一些人造的景观，没有要多久我们就站在第五泄 ( 瀑布 ) 的脚下了。 所谓五泄，就是一条山溪自山中喷出，急流而下，沿着婉曲的山沟依形构成五处瀑布。当地的古人不知道为何会为这一景观取这样一个乡土气息逼人的名字，读起来或者想象起来不是特别舒服。第五泄看起来非常壮观，大约二十米高的大瀑布从半山腰的石台上倾泻而下，形成浪花与水气交织的一幅白绸布，飘逸而激越。瀑布脚下站满了前来游览的人们，大家争相踏上瀑布底下的那几块大石头，背朝水帘咔咔地照相记录，以示曾经光临著名的五泄峡谷。来自无锡和宁波两支旅游团的看似官员们对着瀑布望一望、照一照，扭头往回走，吆喝着在溪边的凉棚里捉对厮杀扑克牌，荤素妙语口常开了。五泄嘛，就是这第五泄了。 要去看第四泄，必须得开始爬山梯。大约有三分之一的游客会踏上去，上下几轮，到达山腰中的一块平地，那里是另外一种瀑布。水流在缓缓的石坡上欢乐跳跃着，一样地湍急和温柔。从这里往上看，视野开阔，景深音沉，万千皱波复翻飞，一千年长几何？爬到这里的人依然是将自己当主角，把四泄当背景，似乎四泄风采千万年，舍我几度秋月？景是好的、动人的，人未必领悟和融合，因为那是天地的安排。而我们即便玉树临风抑或是窈窕款款，依然没有溪流涓涓之幽长。 继续爬二百级山梯，溪水不再将大地当成奔流而下的筹码，她们安静地在那宽阔的石滩上漂浮着，形成一汪悠然自得，这该是三泄和二泄了吧。石滩上已经只有区区几位男女，或坐或站或匍匐地上与泄水交流、与溪声共鸣。这里不再有壮丽的景色，似乎是一座山顶上的村庄。我们的眼睛将淡淡的雾褐与岸边碧草青树柔和在一起，世外的嘈杂与尘嚣已然不见，只有纠缠的树根和镶嵌在巨石中的平湖墨镜，道不尽是哪里的风情。如果没有弄错的话，离三泄不远处的二泄已经变得很小很小了，小得连附近少数的几位文人骚客都不再关注，以为天下如此淳美之地不再需要探求和询问，以为有了三泄二泄就达到了善的心、静的思、远致的终点和亲近的初端。 可是，我们还想继续往前方去求索，想看到一泄在哪里，芳容几可乱匠心否？取得青湿道，跃跃驻足缠。以为山峰绝，却见一桃源。迎面敲开树下荫，随手关闭雾中门，茶棚端坐青须汉，问讯峰回一路深。茶翁笑而不答，顺手一指，告知我们继续沿札道前行，并无险恶，一样可以回到起点。而此时，山道之间已无其他游人，顿时激起我等的豪情，遂收拾颓废，绝尘而前。 当然，前路毕竟非茶翁所言，很快就进入到峻拔高险的境界。先沿峭壁攀登，路面崎岖难行。满眼望去，群山寂静，幕抑天低。我们爬上绝顶时已经是汗如雨下、全身几可湿透。绝顶上有一破旧的小亭子，远远比不上学人亭的豪华绢丽，站在那里望群山会有一股强烈的孤独和苍凉感。周围郁郁葱葱对于我们似乎已经毫无意义，唯有我们的心灵堪比天高，要将我们的身躯与小亭子融为一体，领受这份孤独和苍凉。 离开亭子往前，就是峡谷深处下山的路了。那是一条沿陡坡蜿蜒曲折的石头路，滑而不绝、褐而不灰，每一块都炯炯有神，注视着我们。我们相互搀扶着蹒跚而下，感觉相当困难。不过一刻钟，峡谷就将我们隐没其中，外面的世界瞬时恢复了往日的沉静。随后的一个多钟点，我们在寂深的谷底下穿行，路面潮湿而原始，似乎很多年未有人造访此地。松枝路、青石桥，山风欲来映远箫。十里萧谷无烟处，一重草舍几碟茶。这应该就是五泄的西溪古道了。古道坎坷多少年，忽闻正午恋歌声；追寻一泄三千里，幸有西溪载婉程。 歌声未落，天开日出，雨打芭蕉，起点处的门楼已经被我们抛在身后！ 是以记录诸暨之行。 (图片来自网络)

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