諾貝爾物理獎得主講座實(shí)錄主講人：艾倫·J·威爾遜教授（諾貝爾物理學(xué)獎得主，美國加州理工學(xué)院物理系）時(shí)間：某年某月某日下午地點(diǎn)：清華大學(xué)主樓報(bào)告廳主持人：清華大學(xué)物理系主任張教授---開場與引言張教授：各位老師，同學(xué)們，下午好！今天，我們非常榮幸地邀請到了世界著名物理學(xué)家、某年諾貝爾物理學(xué)獎得主艾倫·J·威爾遜教授蒞臨我校，為我們帶來一場關(guān)于凝聚態(tài)物理前沿進(jìn)展的精彩講座。威爾遜教授在拓?fù)淞孔硬牧?、高溫超?dǎo)機(jī)理以及低維物理系統(tǒng)等領(lǐng)域做出了開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，其研究成果不僅深刻改變了我們對物質(zhì)世界基本規(guī)律的認(rèn)知，也為未來信息技術(shù)和能源技術(shù)的革命性突破奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。讓我們以熱烈的掌聲歡迎威爾遜教授?。ㄕ坡暎┩栠d教授：謝謝張教授的熱情介紹，也感謝清華大學(xué)的盛情邀請。能夠有機(jī)會與在座的各位年輕學(xué)者和同學(xué)們交流，我感到非常高興。今天，我想和大家一起探討凝聚態(tài)物理這個(gè)充滿活力的領(lǐng)域——它不僅是我們理解身邊物質(zhì)世界的基礎(chǔ)，更是孕育著無數(shù)創(chuàng)新可能的搖籃。---一、歷史回顧與核心概念闡釋1.1凝聚態(tài)物理：從宏觀到微觀的橋梁凝聚態(tài)物理研究的是由大量粒子（如原子、分子、電子）組成的凝聚態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其相互作用規(guī)律。它不同于高能物理探索宇宙的起源和基本粒子，也不同于天體物理研究浩瀚星空，它更貼近我們的日常生活——從我們腳下的泥土到手中的智能手機(jī)，其背后都凝聚著凝聚態(tài)物理的智慧。早期，人們對物質(zhì)的認(rèn)識主要停留在宏觀層面，比如晶體的幾何結(jié)構(gòu)、金屬的導(dǎo)電性等。直到量子力學(xué)建立之后，我們才得以深入微觀世界，理解這些宏觀性質(zhì)的微觀起源。例如，能帶理論的提出，成功解釋了為什么有些材料是導(dǎo)體，有些是絕緣體，而有些是半導(dǎo)體。這一理論至今仍是我們研究電子材料的基石。1.2對稱性破缺：理解物質(zhì)相和相變的鑰匙在凝聚態(tài)物理中，“對稱性”是一個(gè)非常核心的概念。而“對稱性破缺”則是理解物質(zhì)不同相以及相變過程的關(guān)鍵。當(dāng)系統(tǒng)的對稱性降低時(shí)，新的有序相就可能出現(xiàn)。比如，晶體的形成就是空間平移對稱性破缺的結(jié)果；鐵磁體的自發(fā)磁化則對應(yīng)著自旋旋轉(zhuǎn)對稱性的破缺。我個(gè)人早期的一些工作，正是圍繞著特定體系中對稱性破缺的機(jī)制及其對電子行為的影響展開的。這些研究讓我們認(rèn)識到，即使是看似簡單的材料，其內(nèi)部也可能蘊(yùn)藏著極其豐富和復(fù)雜的量子行為。---二、當(dāng)前研究前沿與挑戰(zhàn)2.1拓?fù)淞孔硬牧希撼絺鹘y(tǒng)的新物態(tài)近年來，拓?fù)淞孔硬牧蠠o疑是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最引人注目的研究方向之一。拓?fù)溥@個(gè)概念源自數(shù)學(xué)，描述的是幾何對象在連續(xù)變形下保持不變的性質(zhì)。當(dāng)它被引入到凝聚態(tài)物理中時(shí)，為我們帶來了全新的視角。拓?fù)浣^緣體就是一個(gè)典型的例子。這類材料內(nèi)部是絕緣的，但在其表面或邊界上卻存在著受拓?fù)浔Ｗo(hù)的導(dǎo)電通道。這種表面態(tài)非常穩(wěn)定，對雜質(zhì)和缺陷不敏感，這一特性使其在未來低能耗電子器件和量子計(jì)算中具有巨大的應(yīng)用潛力。我們團(tuán)隊(duì)以及全球眾多同行都在致力于探索更多新奇的拓?fù)湮飸B(tài)，并理解其深層次的物理機(jī)制。2.2高溫超導(dǎo)：夢想與現(xiàn)實(shí)的距離自上世紀(jì)八十年代銅氧化物高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)以來，實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)就成為了物理學(xué)家乃至全人類的一個(gè)偉大夢想。想象一下，如果我們能夠在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)零電阻導(dǎo)電和完全抗磁性，那么能源傳輸、磁懸浮交通、醫(yī)療成像等眾多領(lǐng)域都將發(fā)生顛覆性的變革。然而，高溫超導(dǎo)的機(jī)理至今仍是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重大未解之謎。與傳統(tǒng)超導(dǎo)體的BCS理論不同，高溫超導(dǎo)體中電子之間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)非常強(qiáng)，傳統(tǒng)的微擾理論不再適用。我們正在從多個(gè)角度入手，包括角分辨光電子能譜、掃描隧道顯微鏡、中子散射等實(shí)驗(yàn)手段，結(jié)合先進(jìn)的理論計(jì)算，試圖揭開高溫超導(dǎo)的神秘面紗。這不僅需要深刻的物理洞察力，也依賴于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷革新。---三、未來展望與學(xué)科交叉的重要性3.1量子計(jì)算的物質(zhì)基礎(chǔ)量子計(jì)算是信息時(shí)代的下一個(gè)前沿。要實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的量子計(jì)算機(jī)，首先需要穩(wěn)定的量子比特。凝聚態(tài)物理系統(tǒng)，如超導(dǎo)量子比特、半導(dǎo)體量子點(diǎn)、拓?fù)淞孔颖忍氐?，都被認(rèn)為是極具潛力的量子比特候選者。我的觀點(diǎn)是，未來的量子計(jì)算很可能不是單一技術(shù)路線的勝利，而是多種方案的融合與互補(bǔ)。這需要物理學(xué)家、材料學(xué)家、工程師乃至計(jì)算機(jī)科學(xué)家的緊密合作。我們不僅要設(shè)計(jì)和制備出性能優(yōu)異的量子比特，還要克服退相干等巨大挑戰(zhàn)。3.2跨學(xué)科融合：催生新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展越來越依賴于學(xué)科之間的交叉融合。凝聚態(tài)物理與材料科學(xué)、化學(xué)、信息科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的交叉，正在產(chǎn)生許多令人興奮的新方向。例如，利用凝聚態(tài)物理的理論和方法研究生物分子的電子輸運(yùn)特性，或者設(shè)計(jì)具有特定功能的仿生材料。我鼓勵年輕的同學(xué)們不要將自己局限在單一的學(xué)科壁壘之內(nèi)，要勇于探索不同領(lǐng)域的知識，培養(yǎng)跨學(xué)科的思維能力。很多重大的科學(xué)突破，往往就發(fā)生在學(xué)科的交叉地帶。---四、互動問答環(huán)節(jié)精選提問一：威爾遜教授您好，您認(rèn)為在未來十年內(nèi)，凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最有可能出現(xiàn)的突破性進(jìn)展是什么？威爾遜教授：這是一個(gè)非常好的問題。如果讓我預(yù)測，我認(rèn)為拓?fù)淞孔硬牧系膶?shí)際應(yīng)用可能會取得顯著進(jìn)展，比如在新型電子器件或量子信息處理中的初步應(yīng)用。另外，關(guān)于高溫超導(dǎo)機(jī)理的理解，我期待能有一些關(guān)鍵性的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，幫助我們建立一個(gè)更普適的理論框架。當(dāng)然，科學(xué)的魅力就在于其不確定性，那些我們未曾預(yù)料到的“意外發(fā)現(xiàn)”往往更加激動人心。提問二：對于我們這些剛剛進(jìn)入凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的年輕研究者，您有什么建議？威爾遜教授：首先，要打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)和物理的基本概念非常重要。其次，要積極參與實(shí)驗(yàn)，理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合才能真正推動學(xué)科發(fā)展。再者，要保持好奇心和批判性思維，不要害怕挑戰(zhàn)權(quán)威。最后，也是非常重要的一點(diǎn)，要學(xué)會與人合作，在交流與討論中碰撞出思想的火花。找到一個(gè)你真正熱愛的課題，并為之不懈努力，即使遇到困難也不要輕易放棄。提問三：您在科研生涯中遇到的最大挫折是什么？您是如何克服的？威爾遜教授：挫折是科研的常態(tài)。我記得在早期研究一種新型氧化物材料時(shí)，我們花了將近兩年的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果一直不理想，理論模型也無法很好地解釋。那段時(shí)間確實(shí)很沮喪。但我們沒有放棄，而是回過頭重新審視實(shí)驗(yàn)方案，查閱文獻(xiàn)，與不同背景的同事討論。最終，我們發(fā)現(xiàn)問題出在一個(gè)被忽略的樣品制備細(xì)節(jié)上。這個(gè)經(jīng)歷告訴我，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的態(tài)度和堅(jiān)韌不拔的毅力對于科研工作者來說至關(guān)重要。---五、總結(jié)張教授：非常感謝威爾遜教授為我們帶來的精彩講座。從歷史縱深到前沿探索，從理論思辨到未來展望，威爾遜教授用他淵博的知識