超导性

在列举了理论物理、原子物理和核物理中的一些例子后，我想举一些有关固体物理学进展的例子。遗憾的是，它们离开我个人的专业知识很远，而且如何选择例子也很成问题。

当我还是个学生时，还有可能跟上物理学所有领域的发展动态，尽管不可能做到非常详尽。费米对任何物理学科都能及时了解，我的朋友F.布洛赫（F.Bloch），H.A.贝特和R.E.佩尔斯等在固体物理学和核物理两个领域中都很活跃。但是，从事一个以上领域工作的情况，几乎全部发生在理论物理学家中，也许是因为理论技艺比实验技术分支得要少一些。（这是理论的极大优越性之一和吸引力之所在。）现代有些理论物理学家象R.费曼，L.D.朗道和杨振宁等，他们在非常不同的领域中作出了巨大的贡献，但是这种情况并不多，实验物理学家中这类例子就更少了。

如果我们考虑一下固体物理学研究的工作量，有关的物理学家的数目，物理期刊中所占的页数，就可以说它是今天物理学中的最大领域。这并不奇怪，因为它是在工业中获得应用最多的一个领域。有些最好的固体物理学实验室由工业部门直接资助，这决不是偶然的。

由于我作为一个局外人来说，已讲得够多了，所以我将只举几个例子。第一个是关于超导性的，这个现象是H.卡默林·昂内斯在1911年发现的。这是他长期致力于获得极低温度的研究所获得的成果。许多年来，这个学科所取得的实验和理论进展是比较缓慢的。在莱顿和其它地方工作的致冷专家发现了跃迁温度、磁场效应、比热特性和其它一些有趣而独特的现象。1933年，W.迈斯纳（W.Meissner）和R.奥申菲尔德（R.Ochsenfeld）在柏林发现了超导性的一个新领域。在超导体内，磁感应B严格地等于零。这个突出的性质以及电阻消失的现象，即构成了超导性的定义。迈斯纳的发现为不久之后的F.伦敦和H.伦敦（H.London）兄弟俩（1935年）发展超导性的宏观唯象理论铺平了道路。(https://www.daowen.com)

这些研究结果确切地说明了对微观理论有些什么样的要求，但从宏观走向微观的问题，即找到一个能从原子模型导出超导体性质的理论的问题，却在很长一段时间里都未能得到解决。直到1957年，约翰·巴丁（John Bardeen，1908年生），利昂·库珀（Leon Cooper，1930年生）和J·罗伯特·施里弗（J.Robert Shrieffer，1931年生）才找到了解决问题的线索。这种解决办法非常复杂，需要用到所有的量子力学理论。值得注意的是，为处理超导性而发展起来的数学方法，却在和超导性不相干的领域中获得了应用。例如，看来核物理研究表明了在核物质中也有类似的现象。所以该理论的重要性，在于它不局限于原来的问题，而且适用于处理多体系统的行为的许多其它问题。这是一种新的思维方法，实践证明这种方法是富有成效的。

在液氦中还有另一个和超导并行的奇特的低温现象。苏联在这方面的工作起了重要作用。在实验部分起主要作用的是皮奥特·卡皮查（1894年生），在理论部分起主导作用的是L.D.朗道（1908～1968）。在一定的临界温度——2.18°K——之下时，氦出现一个没有粘滞性的物相阶段，叫做“超流态”。超流氦有一些很有趣的性质：它能沿着容器壁爬行，能从盛放的容器中逃走，能形成特殊的喷泉等等。爱因斯坦曾在1924年猜测到它的一些性质，但液氦的性质比爱因斯坦当时设想的要丰富得多。

氦还有个质量为3的稀有同位素。He3和He4在温度很低时，宏观特性极不相同。低温氦已成了另一个内容丰富和现象奇特的研究领域。在原来的理论中，He4的超流性遵守玻色统计。但是，遵守费米统计的稀有的同位素He3积累到足够的数量并冷却到0.001°K以下时，它也呈现出超流性！因此，这个理论必须加以修改和补充；适用于超导性的理论，对此曾有一定启发。