美国时间3月29日,著名凝聚态物理学家PW安德森(PW )逝世,享年96岁。以下是中国科学技术大学772级校友温小刚的回忆录。来自凡普微信公众号。
凝聚态物理学家 PW (,1923.12.13 - 2020.3.29)。| 图片来源:
安德森是凝聚态物理学的先驱,在电子局域化、反铁磁系统、对称性破缺、高温超导等诸多领域都做出了重大贡献,甚至“凝聚态理论”的概念也是他和剑桥大学的同事们首次提出的,在此之前,这一领域通常被称为固态理论。
得知安德森离世的消息后,麻省理工学院教授、凝聚态物理学家、《凡普》主编温小刚回忆了自己在普林斯顿大学读书时结识的安德森教授的风采,以及对他学术研究和物理思想的深远影响,表达了对这位物理学大师的怀念。
作者 | 温小刚
安德森是20世纪凝聚态物理学的一面旗帜,他最著名的工作之一就是以他的名字命名的电子局域化现象,并因此获得了1977年的诺贝尔奖。在高温超导领域,安德森可谓是精神领袖,他指出了电子自旋液体对于理解高温超导的重要性,引领了强关联电子系统研究的新潮流,特别是引入了涌现规范场、自旋电荷分离等开创性的新物理概念。在他的启发下,20世纪80年代末到90年代初,高温超导的研究真是百家争鸣,许多新概念、新思想不断涌现。拓扑序理论就起源于这个创新、竞争的时代。
我1982年选择去普林斯顿读博士,就是因为安德森。但到了普林斯顿之后,我发现他只有一半时间在普林斯顿,另一半时间在贝尔实验室。他手下有八个学生,学生不容易见到他。我还发现普林斯顿的高能组非常强大,而且蓬勃发展,所以犹豫再三之后我最终决定研究超弦理论。但当我快毕业的时候,高温超导被发现了。那时,他时不时会来4楼的研究生区讨论和分享最新进展。他一点也不傲慢,兴奋和热情就像孩子一样。他是普林斯顿物理系唯一一个单独去研究生区的教授。
那时候我开始参加他们的组会,听了他和 一起做的一个工作,讲的是量子磁性材料中 U(1)规范场是如何产生的。后来 自己也说了,量子磁性材料中的 U(1)规范场其实就是 SU(2)规范场。但是,他一个小时的讲座里,根本没写到 SU(2)规范场,也没说清楚 SU(2)规范场是怎么产生的安德森 物理学家,只是讲了各种让他相信一定存在 SU(2)规范场的迹象和想法。结果,我糊涂了。几个月后,两篇文章出来了,正式证明了量子磁性材料中确实可以存在 SU(2)规范场。
这次经历让我感触颇深。显然,安德森对规范场的数学并不精通,但他对规范场的物理本质的理解却如此深刻。我以为,经过两年的时间,两次学习量子场论,我应该对规范场很熟悉了,但我仍然无法理解安德森对规范场的物理见解。这让我意识到,在量子场论中引入规范场,并没有触及规范场的本质。寻求理解规范场的本质安德森 物理学家,是我发展拓扑序理论的动力。
我在普林斯顿高等研究院做博士后的时候,旁听了安德森给高年级研究生上过的凝聚态物理课。他说的话在形式上和数学上经常是错误的,但这些数学上不正确、不合逻辑的描述背后却有深刻的物理本质,而要听到这些本质并不容易。这反映出在物理学的最前沿,我们想要描述的东西往往超出了现有的数学工具,所以我们不得不用这些不合适的数学语言去试图描述我们想说的东西。这代表了最前沿的物理学研究和思维方法:如何在没有找到合适的数学语言的情况下推进物理学研究。这让我很惊讶,也成为了我的目标。
我虽然不是安德森的学生,但是我在职业生涯初期与他接触的几年中受到的影响却深深地刻在了我的物理学基因里。
-结尾-
安德森在物理学上的主要成就有哪些?什么样的人生经历让他成为凝聚态物理领域的大师?下面的介绍或许能给我们一些启发。
编曲|饭铺
1923年12月13日,PW安德森出生于美国印第安纳州。他的父亲是伊利诺伊大学的植物病理学教授,祖父是某大学的数学教授,叔叔是罗德学者,后来成为英语教授。出生在这样一个学术背景深厚的家庭,安德森从小就被家里丰富的藏书深深吸引。后来,当有人问他什么时候对科学产生兴趣时,他回答说:“我不记得有哪一天我不对科学感兴趣。”
尽管安德森自发探索各种奇妙的知识,但父亲无疑鼓励了他对科学的热情,在地下室为儿子搭建了一套化学实验设备,配备多种化学物质,并鼓励安德森收集蝴蝶标本、了解自然界各种植物。
安德森深受父母在伊利诺伊大学的朋友每周六徒步旅行的影响。安德森曾说,童年和青少年时期最快乐的时光就是和这群人一起徒步旅行、划独木舟、度假、野餐、围着篝火唱歌。在这群人中,物理系的教授将他带入了物理的世界。
安德森16岁进入哈佛大学物理系学习,1943年获得学士学位,后进入美国海军研究实验室从事研究,1949年获哈佛大学博士学位。在哈佛,安德森选择了约翰·范·弗莱克作为导师,对谱线增宽问题进行研究。同时,物理学家弗瑞、莱昂和欧内斯特都是他的老师,身边还有一群聪明的同学,包括托马斯·库恩(科学哲学家,提出科学革命范式转移的概念)。
安德森曾经强调过一个人所处的群体对于他一生的重要性。毕业后,安德森选择进入贝尔实验室,部分原因是为了追随他敬佩的科学家。在那里,他与许多物理学家如约翰、、、、*等一起工作。他曾回忆说,激发了他对谱线增宽问题的兴趣,并将他带入反铁磁性领域;教会了他许多基本方法和技术;让他开始接触朗道和莫特的思想;从、艾伦和贝蒂·伍德那里,他学到了晶体学和固体物理的知识。
*注:约翰和约翰因研究半导体和发现晶体管效应而获得1956年诺贝尔物理学奖。约翰后来因提出超导BCS理论而获得1972年诺贝尔物理学奖。他是经典教材《固体物理学导论》的作者。约翰和约翰是固体物理学中能带理论的奠基人。
1958年,安德森提出电子局域化理论和低温超导安德森定理。1961年至1962年,他访问了剑桥大学卡文迪什实验室和丘吉尔学院,与莫特等人讨论了对称性破缺和约瑟夫森效应创始人布赖恩·约瑟夫森的思想。1967年至1974年,在莫特的安排下,安德森在剑桥大学凝聚态理论组工作。1975年起,他担任普林斯顿大学物理学教授。
1970年,他提出了自旋玻璃的概念,随后与萨姆共同建立了自旋玻璃的第一种理论。这项研究后来催生了一种新的统计物理学,广泛应用于计算机科学、蛋白质折叠、神经网络和进化模型。
1971年英语作文,他发表《更多是》一文,解释了进化()现象和科学的层级结构,并强调了传统还原论的局限性。
1977年,安德森与他的导师约翰·范弗莱克和莫特因“对磁性和无序系统电子结构的基础理论研究”共同获得诺贝尔物理学奖。
1987年,高温铜基超导体的发现震动了整个多体量子物理领域,安德森也由此开始了高温超导体的研究,他提出的共振价键(RVB)理论成为解释高温超导机制最具竞争力的候选理论之一。
安德森在物理学领域出版的著作包括《固体的:论》、《固体的:基础》和《高温的:论》。
除了物理学,安德森对经济学也有浓厚的兴趣。他是圣菲研究所的创始人之一,该研究所致力于复杂系统的研究。1987年,他参与组织了一场关于全球经济的研讨会,试图将物理学的思想引入经济学领域。由于早年有机会到日本京都参加学术会议,他十分仰慕日本文化,因而养成了下围棋的爱好,后来成为一名认证的围棋一级大师。
参考
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