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自旋世界(25)--多铁复兴II 精选

已有 8095 次阅读 2008-4-23 10:34 |个人分类:科普|系统分类:科研笔记

 

 

当快乐的心情懒散于科普世界的冷清时,疲惫的岁月又要开始旅行。过去的两周,我不停地拜访青岛、杭州、绍兴、又颠到关中八百里秦川的中心。回到南京时春天已经离开了,虽然阴冷并没有死亡。

 

这种奔波就像现在我们忙于多铁复兴一样,疲惫而没有收获。

 

在“多铁复兴I”中(http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=11974)我们提到伦琴、皮埃尔×居里、德拜等上世纪和上上世纪物理学界的新鲜人类。他们一不小心发现了很多当时他们也不是很明白的物理现象,然后给这些现象一些定义和描述,构建了他们在物理学史上很多研究领域奠基性的地位。后人做得更多的是为他们立下的菩萨和罗汉们建庙堂、修供院、传仙道、授徒业。

 

多铁现象开始似乎也是如此。凭借对物理学渊博的知识和敏锐的直觉,居里和德拜两人在一个世纪前就给出了多铁最初的一些定义和概念。比如,居里直接就定义了多铁材料中磁矩/电场之间、极化/磁场之间的线性比例关系,而德拜干脆给这种比例关系取了“磁电耦合本构关系”或者“磁电耦合”,从而给我们这些后人树立了“磁电耦合”这样一尊菩萨,虽然现在我们知道这种线性比例关系并不准确。然而,与量子力学里面一众菩萨风光无限不同的是,多铁的菩萨被立起来之后很快就像雷峰塔一般倒掉了。在多铁刚刚风云飞渡之时,物理学界有更重要的事情(相对论、量子力学)要做,就没有精力再顾及到这原本就矮小阴柔的磁电耦合效应了。自此,多铁世界似乎变得死一般的沉寂,不再有布道、希望和激动人心。这种沉寂一直延续到上世纪五十年代欧洲东方的神主朗道(L. D. Landau)游学到多铁世界。

 

前苏联的科学家与世界其他地方学者的联系并不很密切,原因可能在于他们认为自个儿的智慧和才华足以能够将物理世界该做的主要事情做好,也可能是人类自身龌龊恶斗的后果。这当然让前苏联的科学进步备受阻碍。例如,量子力学名人堂中苏联人的面孔并不多。不过,苏联因为有了神主朗道,一切又开始变得不同。就凝聚态物理和统计物理而言,朗道天才的感知和判断催动对称性及其破缺概念的诞生,朗道天才的数学能力也催动统计物理中唯象理论的发展,从而使得我们这些对量子力学懵懵懂懂的无能后人照样能够理解物理和欣赏物理。

 

朗道与其亲密同事LifshitzGinzburg等人在发展相变唯象理论时就已经得到了关于自旋磁矩M的唯象理论:系统自由能对序参量(M)的多项式;也写出了关于铁电自发极化P的唯象理论:系统自由能对序参量(P)的多项式。有那么一天,他们将这两个系统合而为一,即将自由能对序参量MP的多项式加起来,这就是描述多铁系统最初的唯象理论了。天才的朗道基于对称性的考虑,又在这个自由能多项式中加上一项P2M2。这一加不要紧,多铁系统中“磁电耦合”菩萨就横空出世了。我们说朗道是神主可不是乱说的,能够创造菩萨的主不是神主又是什么呢!

 

不知道是不是受这个菩萨布道的启发,美国海军实验室的G.T.RadoV.J.FolenCr2O3中首次观测到磁场诱导出的电压信号,即磁电耦合效应。随后,前苏联和欧洲一些国家(特别是瑞士)陆陆续续合成出很多材料(大概有80多种),分别观测到磁电耦合效应。这些效应一般都很小,大多在~0.1mV/cm.Oe量级。说得直观一些:如果您对一个厚度为1.0cm的材料施加一个1.0Oe的磁场,您可以在材料两端测量到0.1mV的电压输出。

 

遗憾的是,尽管能够测量到磁电耦合效应的材料不少,但是对多铁的研究似乎从来就没有兴旺起来。从1960年代到1980年代,一直都只有以前苏联、欧洲和美国为主的很少的几个小组在艰苦地坚持,其“悲惨”境地可以由十年一次的专题workshop来反衬。据说,当时多铁信徒们还准备干脆延长到每二十年进行一次专题研讨。

 

反观现在,复兴后的多铁香火如此之盛,让我们感觉到山穷水尽与柳暗花明的对衬。事实上,我个人认为,那时的香火干枯与现时的香火艳照主要源于科学家“忽悠”的本事不同。那时的科学家投入地关注多铁世界本身的规章、教义、信条和修行,而很少对朝廷、政府和纳税人进行必要的公关与沟通。现在的学者在这方面的造诣与对教义/修行本身的执著相比毫不逊色。我们能够出师未捷就先编出美妙故事,给芸芸众生们描绘一个大大的画饼,从而先收获大量香火,从而为下一步精研教义和刻苦修行营造一个良好的生活条件与待遇。

 

多铁复兴基本上就是因为香火旺盛所致,而教义的精进并不是特别引人入胜。

 

对我们而言,第一步:不管多铁少铁,能够画出大饼就是好铁。

 

 



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